Wafer-Scale Heterogeneous Integration of High-Resolution Micro-LED Displays with Carbon Nanotube Thin-Film Transistors

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作者
Anqi Zheng,Yujia Gong,Di Liu,Ke He,Yuting Zhang,Wang Tingzhi,Yuan Kai,Pujian Lin,Lewei Lyu,Xuelei Liang,Yu Cao,Youfan Hu,Lian-Mao Peng,Jiahao Kang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (6): 5297-5308
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c21492
摘要

Direct-view micro-light-emitting-diode (micro-LED) displays demand thin-film transistors (TFTs) that offer high driving current together with low-temperature and scalable fabrication. Semiconducting carbon nanotube TFTs (CNT-TFTs) are promising candidates due to their driving capability and simple process. However, the large-area heterogeneous integration of carbon and compound semiconductor devices with panel-compatible processes remains a major challenge. Here, we address this by demonstrating a direct-view micro-LED display driven by glass-substrate CNT-TFT backplanes. The prototype features a 1.68 in. panel with 117 600 micro-LEDs, achieving a pixel density of 300 PPI, setting a benchmark in both size and resolution for micro-LED displays using low-dimensional semiconductor TFTs. To realize this, a CNT backplane technology processed within 250 °C on 4 in. glass was developed, incorporating an etch-stop layer (ESL) technique to ensure uniformity and manufacturing compatibility. Through a nitrogen annealing process that passivates both interface and bulk charge traps, combined with a yttrium oxide (Y2O3) interlayer, the driving and switching capability was significantly enhanced, achieving a field-effect mobility of 30.1 cm2 V–1 s–1 and on/off ratio of 1.09 × 107 at 16 μm channel length. This work establishes a scalable approach for large-area, high-pixel-density direct-view micro-LED panels enabled by carbon electronics for next-generation display applications.
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