Sinisen LED-valon (valodiodin) keksiminen, jota on pidetty vaikeana saavuttaa monta vuotta, synnytti energiaa säästäviä ja pitkäikäisiä valaisimia ja näyttöjä, jotka muuttivat suuresti maailmaa. Yksi uusimmista etututkimuksista on, että se voi tuottaa UV -LED -valoja, joiden aallonpituus on lyhyempi kuin sinisten LED -valojen.
Ultraviolettisäteistä syvillä ultraviolettisäteillä, joilla on erityisen lyhyt aallonpituus, on hyvät sterilointikyvyt ja niitä odotetaan käytettävän tehtaissa ja vedenpuhdistuslaitoksissa (kuva 1). Suurin osa tällä hetkellä käytössä olevista bakteereja tuhoavista lampuista käyttää elohopeaa, mutta elohopeaa koskevan Minamatan sopimuksen tultua voimaan vuonna 2017 kansainvälinen yhteisö on alkanut pyrkiä vähentämään elohopean käyttöä. Tässä yhteydessä odotetaan syviä ultravioletti -UVC -LED -valoja. Tuotteita, jotka käyttävät syviä ultravioletti-LED-valoja, on alkanut tulla markkinoille, mutta nykyinen valotehokkuus ja lähtöteho eivät ole riittäviä.
Hirayama, joka aloitti UV -LEDien tutkimuksen vuonna 1996, sanoi luottavaisesti: ”Vaikka kehityskilpailu on kovaa, kehittämämme syvä UV -UVC -LED on saavuttanut maailman suurimman valotehokkuuden, 20,3%. Jos kuitenkin haluamme saavuttaa laajan käytön, valotehokkuus on sitä on parannettava edelleen, jotta se ylittäisi germisidilamppuna käytettävän matalapaineisen elohopealampun, ja nykyinen tavoite on ylittää 30%.&";
LEDin perusrakenne on pn-liitos, joka muodostuu yhdistämällä n-tyypin puolijohde, jossa on enemmän elektroneja, ja p-tyyppinen puolijohde, jossa on riittämättömiä elektroneja (reikiä). Jännitteen syöttämisen jälkeen elektronit ja reiät yhdistävät valoa, mutta valon väri (aallonpituus) ja valon lähettämiseen tarvittava jännite vaihtelevat puolijohdetyypin mukaan. Kehittääkseen puolijohteita, jotka voivat tuottaa halutun aallonpituuden valoa, suuri joukko tutkijoita on tutkinut erilaisia materiaaleja. Hirayama sanoi:&"; Jos se voi lähettää valoa vain ultraviolettialueella, se ei ole käytännöllistä. Koska sen on myös lähetettävä valoa tehokkaammin kuin aikaisemmat valonlähteet, ja se voidaan valmistaa massatuotannolla halvemmalla.&"; Alumiinin galliumnitridiä (AlGaN) odotetaan suhteellisen lupaavana materiaalina, mutta ongelmia on monia.
Uusi tekniikka, joka voi tuottaa siistejä kiteitä, LEDit muodostavat pn -liitoksia kasvattamalla kiteitä, joissa on järjestettyjä atomeja perusaineelle (substraatille). Puolijohdesubstraatti käyttää halpaa safiiria (Al2O3), mutta koska kiteiden muodostavien atomien välinen etäisyys (hilavakio) eroaa, AlGaN -kide epämuodostuu, kun se kasvaa, aiheuttaen vikoja, joita kutsutaan hilavirheiksi. Vikaviivaa pitkin laajenevia halkeamia kutsutaan kristallivikoiksi. Jos vikatiheys (kierteiden dislokaatiotiheys) kasvaa, valotehokkuus heikkenee.
Sinisten LEDien on muodostettava galliumnitridi (GaN) -kidekalvo, jossa on vähemmän vikoja alustalla. Tämän elokuvan toteuttamiseen tarvittavan tekniikan on kehittänyt Nobelin palkittu Meijo-yliopiston professori Isamu Akasaki. Syville ultraviolettivaloille substraatille muodostetaan alumiininitridi (AlN) -kidekalvo ja sille kasvatetaan AlGaN -kide. Perusti korkealaatuisen AlN-kalvon alustalle vikojen vähentämiseksi. Hän muistutti:&"; Tämä menetelmä on tehnyt läpimurron valotehokkuuden parantamisessa, ylittäen kilpailijan': n amerikkalaisen tutkimusryhmän.&";
AlN -kiteitä tuotetaan orgaanisella kemiallisella höyrysaostamisella (MOCVD). Kaasumainen materiaali syötetään safiirialustalle noin 1400 asteen korkeassa lämpötilassa, jotta se kasvaa kristallina. Hirayaman kehittämä menetelmä kasvattaa ensin AlN -nitridiä ytimenä alustalle ja puhaltaa ammoniakkikaasua pulssiin saadakseen sen kasvamaan sivuttain ytimen välisen aukon täyttämiseksi. Sitten kaasua syötetään jatkuvasti niiden pinoamiseen pystysuoraan. Toistamalla tämän kiteiden kasvuprosessin voidaan muodostaa korkealaatuinen AlN-kerros ilman halkeamia (kuva 2). Sanoi:&"; Jotta saisit siistejä kiteitä, sinun on säädettävä tarkasti kaasun pitoisuutta, virtausnopeutta ja reaktiolämpötilaa jne. Kaasuvirtaus on helppo olla myrskyisä korkeissa lämpötiloissa ja vaatii runsaasti kokemusta. Siksi laitteet ovat puolivalmistettuja ja niitä muutetaan tarpeen mukaan.&"; .
Paranna valotehokkuutta työstämällä rakennetta
Valoteho riippuu kolmesta tekijästä. Ensimmäinen on&"; sisäinen kvanttitehokkuus &", toinen on&"; elektronin ruiskutushyötysuhde [GG" ", ja kolmas on &"; kevyt uuttotehokkuus&" ;. Hirayama pyrkii parantamaan näitä kolmea tehokkuutta.
Sisäinen kvanttitehokkuus on arvo, joka osoittaa virran synnyttämien elektroni- ja reikäparien suhteen valoa säteilevään suhteeseen ja osoittaa, missä määrin valoa emittoiva kerros lähettää valoa tasaisesti. Kun kristalli kasvaa siististi ja vähennetään vikoja, sisäistä kvanttitehokkuutta on parannettu.
Elektronin ruiskutustehokkuus viittaa elektronien osuuteen, joka tulee valoa emittoivaan kerrokseen ruiskutetussa virrassa. Perinteisessä syvässä ultravioletti-UV-LED-valossa on ongelma, että ruiskutetut elektronit eivät pääse valoa emittoivaan kerrokseen, vaan vuotavat p-kerroksen puolelta.
Johdanto sanoi:&"; Syy on se, että p-tyypin puolijohteen reikien lukumäärä ei ole tasapainossa n-tyypin puolijohteen elektronien lukumäärän kanssa. Koska reikien lukumäärän lisääminen on vaikeaa, muodostuu elektronien estokerros (monikvanttieste) heijastamaan suoraan kulkeutumattomia elektroneja. , Tehokkaasti yhdistetty&"; (Kuva 3). Tämän seurauksena elektronin ruiskutusteho paranee huomattavasti.
Dream on sovellettava laservalonlähteeseen
AlGaN: n kehittämällä syvällä UV -UV -LEDillä on myös etuja sovellusalueella. Hän ilmaisi odottavasti:&"; Muuttamalla kiteen koostumusta syvän ultraviolettivalon aallonpituutta voidaan säätää. Tämä on myös ominaisuus. Tällä hetkellä 222-351 nm: n kaistalla on toteutettu syviä ultravioletti-UVC-LED-valoja. Voit vapaasti luoda halutun aallonpituuden sovelluksen mukaan. Syvä ultraviolettivalo, kuten noin 310 nanometrin valo, jota käytetään atooppisen ihottuman ja psoriaasin hoitoon jne.&";
Tämä on kehitteillä oleva tekniikka. Lähtötehoa on lisättävä nykyisistä kymmenistä milliwateista muutamaan wattiin. Sitä odotetaan tulevaisuudessa käytettäväksi steriloinnissa, vedenpuhdistuksessa, ilmanpuhdistuksessa, lääketieteellisessä hoidossa, biokemianteollisuudessa, hartsikarkaisussa ja -käsittelyssä sekä painatuksessa. Ja maalaus ja muut alat.
Tulevaisuuteen hän sanoi:&"; Tulevaisuudessa aiomme kehittää syvän ultraviolettilaserdiodin (LD), joka voi saavuttaa suuremman lähtötehon. Jos se voidaan saavuttaa, sen pitäisi myös pystyä hajottamaan suuren kapasiteetin tallennusvälineitä ja haitallisia aineita, jotka ylittävät Blu-ray-levyjen kapasiteetin.&";
Syvä ultravioletti -UVC -LED -kehitystila on edelleen erittäin suuri.
