近日，蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李亮教授團隊在《自然-材料》（Nature Materials）雜志上發(fā)表了題為“Direct integration of optoelectronic arrays with arbitrary nondevelopable structures”的研究論文。論文以蘇州大學(xué)為唯一通訊署名單位發(fā)表，第一作者為蘇州大學(xué)博士后王孟，通訊作者為李亮。

具有不可拓展（Nondevelopable）幾何結(jié)構(gòu)的三維光電陣列，因其能夠有效擺脫傳統(tǒng)二維平面器件對復(fù)雜光學(xué)組件的依賴，在縮小光電系統(tǒng)體積、降低集成成本方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，因此在面向未來的新一代成像技術(shù)中具有極高的研究價值。然而，受限于傳統(tǒng)半導(dǎo)體薄膜沉積技術(shù)主要面向平面基底的工藝特性，研究人員在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)對光電陣列空間構(gòu)型的精確調(diào)控仍面臨巨大挑戰(zhàn)。目前，相關(guān)研究僅能構(gòu)建少量規(guī)則的球面陣列結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重制約了該類器件在功能多樣性與實際應(yīng)用場景中的進一步拓展。

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圖.（A） 單溶質(zhì)/溶液體系在曲面上的自組裝生長示意圖；圖.（B）薄膜在復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)上的沉積及其形貌均勻性展示

圍繞這一關(guān)鍵瓶頸問題，李亮研究團隊創(chuàng)新性地提出了一種基于單溶質(zhì)/溶液體系的快速結(jié)晶成膜策略（圖A）。該方法利用高密度成核機制，成功實現(xiàn)了在三維非規(guī)則結(jié)構(gòu)基底上的原位沉積高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。該薄膜在不同空間位置均展現(xiàn)出高度均勻的微觀形貌和一致的厚度分布（圖B）。更重要的是，該薄膜生長策略展現(xiàn)出廣泛的適應(yīng)性，適用于多種結(jié)構(gòu)類型與尺度的基底，其尺寸范圍從亞微米級延伸至分米級，跨越六個數(shù)量級。結(jié)合先進的3D打印技術(shù)與功能層結(jié)構(gòu)的精確匹配設(shè)計，研究團隊進一步實現(xiàn)了對不可拓展結(jié)構(gòu)光電陣列在微米尺度上的空間構(gòu)型調(diào)控，并成功驗證了其在光電成像過程中的像差校正能力（圖C）。這一成果不僅為復(fù)雜結(jié)構(gòu)基底上半導(dǎo)體薄膜的可控生長提供了全新的解決方案，也為實現(xiàn)高集成度、高性能的新型光電成像系統(tǒng)奠定了堅實基礎(chǔ)。

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圖.（C）單透鏡成像系統(tǒng)下，擬合曲面光電陣列（F-）對像差的矯正效果及其與傳統(tǒng)平面（P-）和半球型（H-）器件的對比

綜上所述，該研究突破了傳統(tǒng)工藝對三維光電器件結(jié)構(gòu)自由度的限制，填補了復(fù)雜結(jié)構(gòu)基底上半導(dǎo)體薄膜生長領(lǐng)域的技術(shù)空白，推動了三維光電陣列在成像、傳感及光電子集成等多個前沿方向的實際應(yīng)用進程，具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02322-7