Išradus mėlyną šviesos diodą (šviesos diodą), kuris daugelį metų buvo laikomas sunkiai pasiekiamu, gimė energiją taupantys ir ilgaamžiai šviestuvai bei ekranai, kurie labai pakeitė pasaulį. Vienas iš naujausių pasienio tyrimų yra tas, kad jis gali gaminti UV šviesos diodus su trumpesniu bangos ilgiu nei mėlyni šviesos diodai.
Tarp ultravioletinių spindulių gilūs ultravioletiniai spinduliai, turintys ypač trumpą bangos ilgį, pasižymi didelėmis sterilizavimo galimybėmis ir tikimasi, kad jie bus naudojami gamyklose ir vandens valymo įrenginiuose (1 pav.). Dauguma šiuo metu naudojamų baktericidinių lempų naudoja gyvsidabrį, tačiau 2017 m. Įsigaliojus Minamatos sutarčiai dėl gyvsidabrio, tarptautinė bendruomenė pradėjo siekti sumažinti gyvsidabrio naudojimą. Atsižvelgiant į tai, tikimasi gilių ultravioletinių UVC šviesos diodų. Gaminiai, kuriuose naudojami giliai ultravioletiniai šviesos diodai, pradėjo prekiauti rinka, tačiau dabartinis šviesos efektyvumas ir išėjimo galia yra nepakankami.
Hirayama, 1996 metais pradėjusi tirti UV šviesos diodus, užtikrintai sakė: „Nors konkurencija dėl plėtros yra arši, mūsų sukurtas gilus UV UVC šviesos diodas pasiekė aukščiausią pasaulyje šviesos efektyvumą - 20,3%. Tačiau jei norime plačiai naudoti, šviesos efektyvumas bus didesnis. Jį reikia dar labiau patobulinti, kad jis viršytų žemo slėgio gyvsidabrio lempą, naudojamą kaip baktericidinė lempa, o dabartinis tikslas yra viršyti 30%."
Pagrindinė šviesos diodo struktūra yra pn sandūra, suformuota sujungiant n tipo puslaidininkį su daugiau elektronų ir p tipo puslaidininkį su nepakankamu elektronų kiekiu (su skylėmis). Pritaikius įtampą, elektronai ir skylės sujungia šviesą, tačiau šviesos spalva (bangos ilgis) ir įtampa, reikalinga šviesai skleisti, skiriasi priklausomai nuo puslaidininkio tipo. Siekdami sukurti puslaidininkius, galinčius generuoti norimo bangos ilgio šviesą, daugybė tyrėjų ištyrė įvairias medžiagas. Hirayama sakė:&"; Jei jis gali skleisti šviesą tik ultravioletinėje srityje, tai nėra praktiška. Kadangi jis taip pat turi skleisti šviesą efektyviau nei ankstesni šviesos šaltiniai ir gali būti gaminamas masiškai už mažesnę kainą." Tikimasi, kad aliuminio galio nitridas (AlGaN) yra gana perspektyvi medžiaga, tačiau yra daug problemų.
Nauja technologija, galinti generuoti tvarkingus kristalus, šviesos diodai sudaro pn jungtis, augindami kristalus su tvarkingais atomais ant pagrindinės medžiagos (substrato). Puslaidininkinis substratas naudoja pigų safyrą (Al2O3), tačiau dėl atstumo (gardelės konstanta) skirtumo tarp atomų, sudarančių kristalą, augant AlGaN kristalas deformuojasi, todėl atsiranda defektai, vadinami gardelės defektais. Įtrūkimai, kurie plečiasi išilgai defekto linijos, vadinami kristalų defektais. Jei defektų tankis (sriegio dislokacijos tankis) padidėja, šviesos efektyvumas mažėja.
Mėlyni šviesos diodai turi sudaryti galio nitrido (GaN) kristalinę plėvelę su mažiau defektų ant pagrindo. Šio filmo realizavimo technologiją sukūrė Nobelio premijos laureatas Meijo universiteto profesorius Isamu Akasaki. Giliems ultravioletiniams šviesos diodams ant pagrindo susidaro aliuminio nitrido (AlN) kristalinė plėvelė ir ant jos auginamas AlGaN kristalas. Ant pagrindo buvo sukurta aukštos kokybės AlN plėvelė, siekiant sumažinti defektus. Jis prisiminė:&"; Šis metodas padarė proveržį pagerindamas šviesos efektyvumą, lenkdamas konkurentės' Amerikos tyrimų komandą."
AlN kristalai gaminami metaliniu organiniu cheminiu garų nusodinimu (MOCVD). Dujinė medžiaga tiekiama į safyro substratą aukštoje maždaug 1400 laipsnių temperatūroje, kad ji augtų kaip kristalas. Hirayamos sukurtas metodas pirmiausia išaugina AlN nitridą kaip pagrindą ant pagrindo ir pučia amoniako dujas pulsu, kad jis augtų į šoną, kad užpildytų tarpą tarp šerdies. Tada dujos nuolat tiekiamos, kad jos būtų sukrautos vertikaliai. Kartojant šį kristalų augimo procesą, galima suformuoti aukštos kokybės AlN sluoksnį be įtrūkimų (2 pav.). Sakė:&"; Norėdami pagaminti tvarkingus kristalus, turite tiksliai kontroliuoti dujų koncentraciją, srautą ir reakcijos temperatūrą ir tt. Dujų srautas yra labai neramus esant aukštai temperatūrai ir reikalauja daug patirties. Todėl įranga yra pusiau pagaminta ir prireikus modifikuojama." .
Pagerinkite šviesos efektyvumą dirbdami su konstrukcija
Šviesos efektyvumas priklauso nuo 3 veiksnių. Pirmasis yra&"; vidinis kvantinis efektyvumas [GG" "; antrasis yra &"; elektronų įpurškimo efektyvumas [GG ""), o trečiasis yra&"; lengvas ištraukimo efektyvumas &" ;. „Hirayama“ labai stengiasi pagerinti šiuos tris efektyvumus.
Vidinis kvantinis efektyvumas yra reikšmė, rodanti srovės generuojamų elektronų ir skylių porų santykį su spinduliuojančia šviesa, ir nurodantis laipsnį, kuriuo šviesą skleidžiantis sluoksnis skleidžia sklandų šviesą. Kad kristalas augtų tvarkingai ir sumažėtų defektai, vidinis kvantinis efektyvumas buvo sėkmingai pagerintas.
Elektronų įpurškimo efektyvumas reiškia elektronų, patenkančių į šviesą skleidžiantį sluoksnį, dalį įpurškimo srovėje. Įprasto gilaus ultravioletinio UV šviesos diodo problema yra ta, kad įpurškiami elektronai nepatenka į šviesą skleidžiantį sluoksnį, o nutekėja iš p sluoksnio pusės.
Įvade sakoma:&"; Priežastis ta, kad skylių skaičius p tipo puslaidininkyje nėra subalansuotas su elektronų skaičiumi n tipo puslaidininkyje. Kadangi sunku padidinti skylių skaičių, susidaro elektronų blokuojantis sluoksnis (daugiakvantinis barjeras), kad atspindėtų tiesiogiai nesusijusius elektronus. , Efektyviai kombinuotas" (3 pav.). Dėl to labai pagerėja elektronų įpurškimo efektyvumas.
Svajonė turi būti taikoma lazerio šviesos šaltiniui
„AlGaN“ sukurtas gilus ultravioletinis UV šviesos diodas taip pat turi pranašumų taikymo srityje. Jis su viltimi išreiškė:&"; Pakeitus kristalo sudėtį, galima reguliuoti gilios ultravioletinės bangos ilgį. Tai taip pat yra ypatybė. Šiuo metu 222-351 nm juostoje įdiegti gilūs ultravioletiniai UVC šviesos diodai. Galite laisvai sukurti norimą bangos ilgį pagal programą. Gili ultravioletinė šviesa, tokia kaip maždaug 310 nanometrų šviesa, naudojama atopiniam dermatitui ir psoriazei gydyti ir kt.&";
Tai kuriama technologija. Išėjimo galią reikia padidinti nuo dabartinių dešimčių milivatų iki kelių vatų. Tikimasi, kad ateityje jis bus naudojamas sterilizavimui, vandens valymui, oro valymui, gydymui, biochemijos pramonei, dervos kietėjimui ir perdirbimui bei spausdinimui. Ir tapyba, ir kitos sritys.
Žvelgdamas į ateitį, jis sakė:&"; Ateityje planuojame sukurti gilų ultravioletinį lazerinį diodą (LD), galintį pasiekti didesnę išėjimo galią. Jei tai įmanoma, ji taip pat turėtų sugebėti suskaidyti didelės talpos laikmenas ir kenksmingas medžiagas, viršijančias „Blu-ray“ diskų talpą."
Gilių ultravioletinių UVC šviesos diodų kūrimo erdvė vis dar yra labai didelė.
