1 工作简介

         ——任意不可展结构光电阵列的直接集成新原理半导体器件长期依赖平面薄膜制备技术，而未来的仿生视觉、三维成像与柔性电子系统亟需在不可展曲面上实现高性能光电阵列。现有方法主要依赖机械弯折或二次转移，存在残余应力、成膜不均和形貌受限等问题，难以在复杂几何结构下获得致密均匀的半导体薄膜。如何突破曲率制约，实现任意形貌表面上光电阵列的直接集成，成为未来光电半导体器件发展的核心科学与技术问题。

苏州大学物理科学与技术学院李亮教授团队针对上述问题，基于在钙钛矿成膜及光电器件等领域的长期研究积累，提出了一种融合单溶质前驱体快速成核结晶、表面张力驱动再分布与气相调控的创新策略。该策略能够在跨尺度（从亚微米至分米级）和复杂三维结构表面实现高质量钙钛矿薄膜的均匀沉积，并可直接在曲面基底上构建高性能光电阵列。此项研究不仅突破了传统“先平面制备、后形变转移”的工艺路线，更首次在实验层面验证了基于理论焦面定制传感器结构以校正光电成像系统像差的可行性，为新一代光电器件的设计与应用开辟了新路径。

该技术的核心在于利用低能波动的单溶质体系，实现以快速成核为主导的自组装结晶过程。通过规避多组分体系中常见的能量起伏大与结晶迟滞等问题，该策略能够在无需机械辅助的条件下实现致密、均匀的薄膜沉积。在具体过程中，表面张力驱动前驱体在复杂形貌基底上均匀铺展，随后通过气相诱导的再结晶作用，形成连续且高质量的钙钛矿薄膜。进一步地，借助MA气体的液化-再结晶循环机制，有效愈合薄膜缺陷，显著提升其结晶性与光电性能。该工艺具备广泛的结构适应性，成膜尺度跨越六个数量级，可从微米级功能单元扩展至分米级宏观结构。同时，结合3D打印技术对像素空间排布进行预设，可实现高精度、可调控的光电阵列集成。

基于上述技术路径，本研究成功在任意不可展曲面上实现了高质量光电成像阵列的制备。研究团队展示了在涟漪状不规则曲面上集成的十字交叉结构光电阵列，其单像素在自供能模式下响应度达到0.182 A·W^-1，响应时间仅为2.3 μs。进一步地，通过结合3D打印技术，研究人员将某单透镜系统的最优焦面实体化，并原位集成了光电成像阵列。该结构预设有效校正了传统平面与半球型传感器中存在的彗差，在实现系统小型化的同时，获得了高保真成像效果，充分展现了该技术在未来先进光电成像系统中的广泛应用潜力。

本研究成果在不可展曲面结构半导体制备与器件设计中实现了三大关键突破：提出了无应力、无辅助的曲面成膜新策略；建立了跨尺度、跨形貌的薄膜集成工艺；完成了结构—性能—光学功能的一体化协同设计。该成果在半导体材料物理、器件工程与光电成像三大领域形成了系统性的原创贡献，成功将半导体器件的制备维度从平面拓展至任意不可展曲面。研究进一步提出“终端结构工程”理念，以器件结构优化取代传统光学补偿策略，为三维光电器件的可编程制造开辟了新的技术路径。

相关研究成果以“可在任意不可展曲面上直接集成的光电阵列” (Direct integration of optoelectronic arrays with arbitrary nondevelopable structures) 为题，于2025年8月14日在线发表于《自然 材料》（Nature Materials）上。苏州大学物理科学与技术学院李亮教授为通讯作者，苏州大学物理科学与技术学院青年特聘教授王孟为第一作者。该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

2 主要作者简介

第一作者

王孟，苏州大学青年特聘教授。

主要研究方向为光电探测与成像材料与器件。以第一/共一作者在Nature Materials、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等国际高水平期刊发表论文8篇，主持国家自然科学青年基金等项目。

通讯作者

李亮，苏州大学物理科学与技术学院教授，院长，苏州大学学术委员会委员。国家杰出青年科学基金获得者。江苏省前沿材料物理与器件重点实验室主任，苏州市智能光电感知重点实验室主任。英国皇家化学会会士，中国硅酸盐学会理事。

主要研究方向：光电信息材料与器件。发表300余篇论文，引用3万余次，其中79篇论文引用过100次，H因子是92。授权25项发明专利，主编1本英文专著。任职多个期刊的副主编和编委。主持国家基金委重点、原创探索、杰青、优青、高层次人才、科技部重点研发课题等项目。获中国材料研究学会科学技术一等奖和江苏省物理学会科学技术一等奖等奖项。

3 原文传递

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