Hogyan működik az UVC LED
Az UVC LED-ek tényleges működése egy népszerű kérdés az UVC LED-eket fertőtlenítés céljából vizsgáló vállalkozásoktól. Ebben a cikkben ennek a technológiának a működését ismertetjük.
A LED-ek alapelvei általában
Amikor az áramot egy félvezető eszközön, fénykibocsátó diódán (LED) vezetik, az fényt bocsát ki. Míg a rendkívül tiszta, hibamentes félvezetők (más néven belső félvezetők) általában nagyon rosszul vezetik az elektromosságot, adalékanyagok hozzáadásával a félvezető vezetőképessége pozitív töltésű lyukakká (n-típusú félvezető) vagy negatív töltésű elektronokká változtatható (p- típusú félvezető).
Egy pn átmenet, ahol egy p-típusú félvezetőt helyeznek egy n-típusú félvezető tetejére, egy LED-et alkot. Ha előre előfeszítést (vagy feszültséget) adunk meg, a p-típusú anyagban lévő lyukak az ellenkező irányba tolódnak (mivel pozitív töltésűek) az n-típusú anyag felé.
Hasonlóképpen, az n-típusú régió elektronjai a p-típusú régió felé tolódnak. Az elektronok és a lyukak a p-típusú és az n-típusú anyagok találkozásánál egyesülnek, és minden egyes rekombinációs esemény egy energiakvantum képződését eredményezi, amely a rekombinációt végző félvezető velejárója.
A félvezető vegyértéksávjában lyukak, míg a vezetési sávban elektronok keletkeznek. A sávszélesség energiáját, amely a vezetési sáv és a vegyértéksáv közötti energiakülönbségre utal, a félvezető kötési tulajdonságai szabályozzák.
Sugárzási rekombinációval egyetlen fényfoton keletkezik, amelynek energiája és hullámhossza (a kettőt a Planck-egyenlet kapcsolja egymáshoz), amelyet az eszköz aktív területén felhasznált anyag sávszélessége diktál.
Egy másik lehetőség a nem sugárzásos rekombináció, amikor az elektron és a lyuk rekombinációja során keletkező energia fényfotonok helyett hőt eredményez. A közvetlen sávszélességű félvezetőkben ezek a nem sugárzó rekombinációs folyamatok magukban foglalják a hibák által előidézett középrés elektronikus állapotokat.
Célunk, hogy javítsuk a sugárzó rekombináció arányát a nem sugárzó rekombinációhoz képest, mert azt szeretnénk, hogy a LED-eink fény helyett hőt bocsássanak ki. Ennek egyik módja az, hogy a dióda aktív területéhez hordozót határoló rétegeket és kvantumlyukakat adnak annak érdekében, hogy növeljék az elektronok és lyukak koncentrációját, amelyek megfelelő körülmények között rekombináción mennek keresztül.
Egy másik döntő tényező a csökkent hibakoncentráció az eszköz aktív területén, ami nem sugárzó rekombinációhoz vezet. Mivel a diszlokációk a nem sugárzó rekombinációs központok fő forrásai, döntő szerepet játszanak az optoelektronikában. A diszlokációk sokféle tényezőből adódhatnak, de az alacsony sűrűség eléréséhez a LED aktív területét alkotó n- és p-típusú rétegeket mindig rácsos hordozóra kell növeszteni. Ha nem, akkor diszlokációkat adunk hozzá, hogy figyelembe vegyék a kristályrács szerkezetének változásait.
Ezért a LED-teljesítmény maximalizálása magában foglalja a diszlokációs sűrűség csökkentését, miközben növeli a sugárzási rekombinációs sebességet a nem sugárzó rekombinációs sebességhez képest.
UVC LED-ek
Az ultraibolya (UV) LED-ek alkalmazásai közé tartozik a víz kezelése, az optikai adattárolás, a kommunikáció, a biológiai ágensek kimutatása és a polimerek keményítése. A 100 nm és 280 nm közötti hullámhosszakat az UV-spektrum UVC-részének nevezzük.
Az ideális hullámhossz a fertőtlenítéshez 260 és 270 nm között van, a hosszabb hullámhosszok pedig exponenciálisan kisebb csíraölő hatást eredményeznek. A hagyományos higanylámpákhoz képest az UVC LED-ek számos előnnyel rendelkeznek, beleértve a veszélyes anyagok hiányát, az azonnali be-/kikapcsolást cikluskorlátozás nélkül, a csökkentett hőfogyasztást a fókuszált hőelszívással és a nagyobb tartósságot.
Az UVC LED-ek esetében nagyobb alumínium mólszázalék szükséges a rövid hullámhosszú emisszió generálásához (260 nm-től 270 nm-ig fertőtlenítéshez), ami kihívást jelent az anyag fejlesztésében és adalékolásában. Történelmileg a zafír volt a III-nitridek legszélesebb körben használt szubsztrátuma, mivel az ömlesztett rácsos szubsztrátumok nem voltak könnyen hozzáférhetők. A zafír és az UVC LED-ek magas Al-tartalmú AlGaN szerkezete közötti lényeges rács eltérés több nem sugárzási rekombinációt (hibákat) okoz.
Úgy tűnik, hogy a két technológia közötti különbség kevésbé szembetűnő az UVB tartományban és hosszabb hullámhosszokon, ahol nagyobb a rácsos eltérés az AlN-nel, mert nagyobb Ga-koncentrációra van szükség. Úgy tűnik, hogy ez a hatás rosszabbodik magasabb Al-koncentráció esetén, ezért a zafír alapú UVC LED-ek teljesítménye 280 nm-nél rövidebb hullámhosszon gyorsabban csökken, mint az AlN alapú UVC LED-ek.
A natív AlN szubsztrátumokon végzett pszeudomorf növekedés atomosan lapos, alacsony defektusú rétegeket hoz létre 265 nm-en csúcsteljesítménnyel, ami megfelel a maximális germicid abszorpciónak és csökkenti a spektrumfüggő abszorpciós erősség okozta bizonytalanság hatásait is. Ezt úgy érik el, hogy a belső AlGaN nagyobb rácsparaméterét tömörítik, hogy az AlN-re illeszkedjen anélkül, hogy hibákat okozna.
A BENWEI kiváló minőségű ömlesztett rácsos AlN szubsztrátokat hozott létre, amelyek alacsonyabb belső abszorpciót és nagyobb belső hatékonyságot tesznek lehetővé. Ezek a szubsztrátok jobb minőségű, erősebb LED-eket biztosítanak, amelyek hullámhossza a germicid régióban van, amelyeket a Klaran UVC LED-ek és áruk gyártása során alkalmaznak.
