突破传统工艺对三维光电器件结构自由度的限制

近日，苏州大学物理科学与技术学院李亮教授团队在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上发表了题为“Direct integration of optoelectronic arrays with arbitrary nondevelopable structures”的研究论文。论文以苏州大学为唯一通讯署名单位发表，第一作者为苏州大学博士后王孟，通讯作者为李亮。

具有不可拓展（Nondevelopable）几何结构的三维光电阵列，因其能够有效摆脱传统二维平面器件对复杂光学组件的依赖，在缩小光电系统体积、降低集成成本方面展现出显著优势，因此在面向未来的新一代成像技术中具有极高的研究价值。然而，受限于传统半导体薄膜沉积技术主要面向平面基底的工艺特性，研究人员在三维复杂结构上实现对光电阵列空间构型的精确调控仍面临巨大挑战。目前，相关研究仅能构建少量规则的球面阵列结构，严重制约了该类器件在功能多样性与实际应用场景中的进一步拓展。

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图.（A） 单溶质/溶液体系在曲面上的自组装生长示意图；图.（B）薄膜在复杂曲面结构上的沉积及其形貌均匀性展示

围绕这一关键瓶颈问题，李亮研究团队创新性地提出了一种基于单溶质/溶液体系的快速结晶成膜策略（图A）。该方法利用高密度成核机制，成功实现了在三维非规则结构基底上的原位沉积高质量钙钛矿薄膜。该薄膜在不同空间位置均展现出高度均匀的微观形貌和一致的厚度分布（图B）。更重要的是，该薄膜生长策略展现出广泛的适应性，适用于多种结构类型与尺度的基底，其尺寸范围从亚微米级延伸至分米级，跨越六个数量级。结合先进的3D打印技术与功能层结构的精确匹配设计，研究团队进一步实现了对不可拓展结构光电阵列在微米尺度上的空间构型调控，并成功验证了其在光电成像过程中的像差校正能力（图C）。这一成果不仅为复杂结构基底上半导体薄膜的可控生长提供了全新的解决方案，也为实现高集成度、高性能的新型光电成像系统奠定了坚实基础。

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图.（C）单透镜成像系统下，拟合曲面光电阵列（F-）对像差的矫正效果及其与传统平面（P-）和半球型（H-）器件的对比

综上所述，该研究突破了传统工艺对三维光电器件结构自由度的限制，填补了复杂结构基底上半导体薄膜生长领域的技术空白，推动了三维光电阵列在成像、传感及光电子集成等多个前沿方向的实际应用进程，具有重要的理论意义与工程应用价值。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02322-7