素有殺手之稱的UV-C紫外光,波長僅200到280奈米、能量高,可以穿透病毒、細菌、真菌和塵螨的薄膜,攻擊DNA并殲滅這些有害的有機體。
自丹麥教授Niels Finsen發現用紫外線可治療結核病后,人類利用紫外線殺菌已經有超過百年歷史。但目前使用的深紫外線燈不只體積龐大、效率低,而且皆含水銀,對環境有害。
美國康乃爾大學的研究團隊,最新就研發出一種體積小且更環保的深紫外線LED光源,并創下目前業界deep-UV LED最低波長的紀錄。
圖為研究團隊成員,照片來源:美國康乃爾大學
研究人員采用原子級控制界面的氮化鎵(GaN)與氮化鋁(AlN)單層薄膜為反應作用區域,成功發射出波長介于232到270奈米的深紫外LED。這種232奈米的深紫外線,創下使用氮化鎵為發光材料,所發出的光線波長最短記錄。之前的記錄是由日本團隊創下的239奈米。
研究論文《MBE-grown 232-270 nm deep-UV LEDs using monolayer thin binary GaN/AlN quantum heterostructures》于1月27號發表于《應用物理快報》期刊(Applied Physics Letters)網站。
提高紫外線LED效率
目前紫外線LED最大瓶頸就是發光效率,可以由三個方面來衡量:
1. 注入效率:注入反應作用區域的電子通過裝置的比例。
2. 內量子效率(IQE):反應作用區域中所有電子產生光子或紫外線的比例。
3. 出光效率:反應作用區域中產出的光子比例,這些光子可以從裝置中取出,而且是可以利用的。
論文作者之一SM (Moudud) Islam博士表示:「如果上述三個方面的效率都達到50%,相乘起來只有八分之一,等于發光效率已經降到12%?!?/div>
在深紫外線波段,這三方面的效率都很低,但研究團隊發現,利用氮化鎵取代傳統的鋁氮化鎵,可以提高內量子效率和出光效率。
而為了提高注入效率,研究團隊采用之前開發出的技術,在正極(電子)和負極(電洞)載體區域,采用極化感應摻雜法來實現。
研究發展
在成功提升深紫外LED的發光效率后,研究團隊的下一步是將光源整合到裝置內,朝上市的目標邁進。深紫外光的應用領域包含食物保鮮、假鈔辨別、光觸媒、水的凈化殺菌等等。
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