Kā darbojas UVC LED
Tas, kā UVC gaismas diodes patiešām darbojas, ir populārs vaicājums no uzņēmumiem, kas aplūko UVC gaismas diodes dezinfekcijas nolūkos. Šajā rakstā mēs aprakstām šīs tehnoloģijas darbību.
LED principi kopumā
Kad strāva tiek vadīta caur gaismas diodi (LED), pusvadītāju ierīci, tā izstaro gaismu. Lai gan ārkārtīgi tīri, bez defektiem pusvadītāji (pazīstami arī kā iekšējie pusvadītāji) parasti vada elektrību ļoti neefektīvi, pusvadītājam var pievienot dopantus, lai mainītu tā vadītspēju uz pozitīvi lādētiem caurumiem (n-veida pusvadītājs) vai negatīvi lādētiem elektroniem (p- tipa pusvadītājs).
Pn pāreja, kur p-tipa pusvadītājs ir novietots virs n-tipa pusvadītāja, veido LED. Kad tiek dota novirze uz priekšu (vai spriegums), caurumi p-veida materiālā tiek virzīti pretējā virzienā (jo tie ir pozitīvi uzlādēti) n-veida materiāla virzienā.
Līdzīgi elektroni n-tipa reģionā tiek virzīti uz p-tipa reģionu. Elektroni un caurumi apvienosies p-tipa un n-tipa materiālu krustpunktā, un katra rekombinācijas notikuma rezultātā tiks radīts enerģijas kvants, kas ir raksturīga pusvadītāja iezīme, kurā notiek rekombinācija.
Pusvadītāju valences joslā veidojas caurumi, bet vadītspējas joslā rodas elektroni. Joslas spraugas enerģiju, kas attiecas uz enerģijas starpību starp vadītspējas joslu un valences joslu, nosaka pusvadītāja savienojuma īpašības.
Radiācijas rekombinācijas ceļā tiek iegūts viens gaismas fotons ar enerģiju un viļņa garumu (abi ir savienoti viens ar otru ar Planka vienādojumu), ko nosaka ierīces aktīvajā zonā izmantotā materiāla joslas sprauga.
Vēl viena iespēja ir nestarojoša rekombinācija, kad elektronu un caurumu rekombinācijas radītā enerģija rada siltumu, nevis gaismas fotonus. Tiešā joslas spraugas pusvadītājos šie neradiatīvie rekombinācijas procesi ietver vidējas atstarpes elektroniskos stāvokļus, ko izraisa trūkumi.
Mūsu mērķis ir uzlabot starojuma rekombinācijas proporciju salīdzinājumā ar neradiatīvo rekombināciju, jo mēs vēlamies, lai mūsu gaismas diodes izstaro gaismu, nevis siltumu. Lai to izdarītu, viena no metodēm ir diodes aktīvajai zonai pievienot nesējus ierobežojošus slāņus un kvantu iedobes, cenšoties palielināt elektronu un caurumu koncentrāciju, kas atbilstošos apstākļos tiek rekombinēti.
Vēl viens būtisks faktors ir samazināta defektu koncentrācija ierīces aktīvajā zonā, kas izraisa neradiatīvu rekombināciju. Tā kā dislokācijas ir galvenais neradiatīvo rekombinācijas centru avots, tiem ir izšķiroša nozīme optoelektronikā. Izmežģījumus var izraisīt dažādi faktori, taču, lai sasniegtu zemu blīvumu, n- un p-veida slāņi, kas veido gaismas diodes aktīvo zonu, vienmēr ir jāaudzē uz režģim atbilstoša substrāta. Ja nē, tiks pievienotas dislokācijas, lai ņemtu vērā kristāla režģa struktūras izmaiņas.
Tāpēc, lai palielinātu LED veiktspēju, tiek samazināts dislokācijas blīvums, vienlaikus palielinot starojuma rekombinācijas ātrumu salīdzinājumā ar neradiatīvās rekombinācijas ātrumu.
LED UVC
Ultravioleto (UV) gaismas diožu lietojumi ietver ūdens attīrīšanu, optisko datu glabāšanu, sakarus, bioloģisko aģentu noteikšanu un polimēru sacietēšanu. Viļņu garumi no 100 nm līdz 280 nm tiek saukti par UV spektra UVC daļu.
Ideālais viļņa garums dezinfekcijai ir no 260 līdz 270 nm, un garāki viļņu garumi rada eksponenciāli mazāku baktericīdo efektivitāti. Salīdzinājumā ar parastajām dzīvsudraba spuldzēm UVC gaismas diodes nodrošina vairākas priekšrocības, tostarp bīstamu materiālu neesamību, tūlītēju ieslēgšanas/izslēgšanas iespēju bez cikla ierobežojumiem, samazinātu siltuma patēriņu ar koncentrētu siltuma ekstrakciju un lielāku izturību.
UVC gaismas diožu gadījumā ir nepieciešams lielāks alumīnija molu procents, lai radītu īsa viļņa garuma emisiju (dezinficēšanai no 260 nm līdz 270 nm), kas padara materiāla izstrādi un dopingu sarežģītu. Vēsturiski safīrs bija visplašāk izmantotais III-nitrīdu substrāts, jo lielapjoma režģa substrāti nebija viegli pieejami. Būtiska režģa neatbilstība starp safīru un UVC gaismas diožu AlGaN struktūru ar augstu Al saturu izraisa vairāk neradiatīvas rekombinācijas (defektu).
Šķiet, ka atšķirība starp abām tehnoloģijām ir mazāk izteikta UVB diapazonā un garākos viļņu garumos, kur režģa neatbilstība AlN ir lielāka, jo ir nepieciešama lielāka Ga koncentrācija. Šķiet, ka šis efekts pasliktinās pie lielākas Al koncentrācijas, tāpēc safīra bāzes UVC gaismas diožu jauda mēdz samazināties pie viļņu garumiem, kas ir īsāki par 280 nm, ātrāk nekā uz AlN bāzes veidotām UVC gaismas diodēm.
Pseidomorfā augšana uz vietējiem AlN substrātiem rada atomiski plakanus, zemu defektu slāņus ar maksimālo jaudu pie 265 nm, kas atbilst gan maksimālajai germicīdai absorbcijai, gan arī samazina nenoteiktības ietekmi, ko rada no spektra atkarīga absorbcijas izturība. Tas tiek panākts, saspiežot lielāko iekšējā AlGaN režģa parametru, lai tas ietilptu AlN, neradot defektus.
BENWEI ir radījis augstas kvalitātes lielapjoma režģveida AlN substrātus, kas nodrošina zemāku iekšējo absorbciju un lielāku iekšējo efektivitāti. Šie substrāti nodrošina augstākas kvalitātes, jaudīgākas gaismas diodes ar viļņu garumu baktericīdajā reģionā, ko izmanto Klaran UVC gaismas diožu un preču ražošanā.
