Laut ausländischen Medienberichten haben Wissenschaftler der University of South Carolina in den Vereinigten Staaten die kleinste und hellste tief-ultraviolette LED der Welt mit einer Chipgröße von nur 5 Mikrometern und einer Wellenlänge von 281nm entwickelt. Das aus diesen Chips zusammengesetzte UVC-LED-Array hat eine Helligkeit von 361W·cm-2.
Es wird berichtet, dass das Forschungsteam der University of South Carolina zu Beginn dieses Jahrhunderts begann, kleine UV-LED-Verbindungsarrays zu entwickeln. Die erste Generation von UV-LED-Pixeln hat einen Durchmesser von 25 Mikrometern und bildet ein 10×10-Array, das die Lichtausgangsleistung verbessert, eine extrem hohe Zuverlässigkeit aufzeigt und Stromstaus reduziert. Es basiert hauptsächlich auf Standard-Serienwiderstand und Hilfsstromausdehnung.
Kürzlich untersuchte das Team diese Struktur erneut für die tiefe ultraviolette Lichtquelle und konzentrierte sich dabei auf den Einfluss von thermischer Impedanz und Pixelgröße auf die Emissionsleistung.
Laut Teamsprecher Richard Floyd wird die Verkleinerung der Größe von tief ultravioletten LEDs auf weniger als 20 Mikrometer die Schwierigkeit der meisten Produktionsschritte nicht erhöhen und erfordert auch keine spezielle Ausrüstung. So verwendete das Forscherteam in allen Lithographieschritten eine Standard-Fotolackmaske (Photoresist Masking) und einen Karl Suss MJB-3 Mask Aligner (Mask Aligner).
Um jedoch die Gleichmäßigkeit des gesamten Wafers zu gewährleisten, optimierte das Forschungsteam die Belichtungs- und Entwicklungszeit der Photolithographie unter 20 Mikrometer und optimierte die Glühbedingungen für den p-Pol ohmschen Kontakt.
Das Forschungsteam verglich ein Einzelne-Pixel-LED-Referenzobjekt mit einem Durchmesser von 90 Mikrometern mit drei verschiedenen Array-Strukturen: 36 Pixel-Arrays mit einem Durchmesser von 15 Mikrometern, 81 Pixel-Arrays mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern und 324 Pixel mit einem Durchmesser von 15 Mikrometern. Für das 5-Mikron-Pixel-Array betragen die Lücken alle 5 Mikrometer.
Links: 5-Mikron-verbundenes Pixel-Array (der Abstand zwischen den Pixeln beträgt 5 Mikrometer)
Rechts: Das gleiche Array, wenn der Gleichstrom 60mA beträgt (Bildquelle: University of South Carolina)
Durch die On-Wafer-Messmethode (unter Verwendung von 500ns-Impuls und 0,05% Tastverhältnis, um die Hitze des Geräts zu minimieren) wird festgestellt, dass ein einzelnes 5 Mikron (Durchmesser) Pixel mit einem Aluminium-Kühlkörper, wenn der Antriebsstrom 10,2 kA · cm beträgt - Bei 2 Uhr kann die Spitzenhelligkeit 291W · cm-2 erreichen, was dem 30-fachen der Helligkeit des oben genannten LED-Referenzobjekts entspricht.
Die Forschungsergebnisse von drei verschiedenen Arrays zeigen, dass dank der überlegenen Wärmeabfuhrtechnologie, die thermisches Durchhängen eliminiert, die Reduzierung der Pixelgröße die Leistung verbessern kann. Im Vergleich zur Single-Chip-Referenz wird die Ausgangsleistung der 324-Pixel-Arrays mit einem Durchmesser von 5 Mikrometern im Dauerwellenmodus um mehr als das 5-fache erhöht, und die Ausgangsleistung kann im Pulsmodus um mehr als das 15-fache erhöht werden.
Durch diese Forschung fand das Forschungsteam heraus, dass die externe Quanteneffizienz des miteinander verbundenen Mikropixelarrays nicht abnimmt, wenn die Pixelgröße schrumpft. Daher sind die Forscher zuversichtlich, dass sie eine kleinere Größe entwickeln können, ohne die Leistung des Geräts zu beeinträchtigen. Tiefe UV-LED.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Forschungsergebnisse auch zeigen, dass mit der weiteren Reduzierung der Gerätegröße die thermische Impedanz leicht abnimmt, aber nur dieser Index beeinflusst wird.
Derzeit untersucht das Forschungsteam der University of South Carolina die Prozesstechnologie, um die Lichtextraktionseffizienz zu verbessern, in der Hoffnung, unabhängige Elektronen zur Kontrolle dieser Pixel zu verwenden.
Es wird berichtet, dass dieser Forschungsdurchbruch dazu beitragen wird, UVC-LEDs zu fördern, um in Anwendungen, die eine hochdosierte tiefe ultraviolette Bestrahlung erfordern, besser mit Quecksilberlampen konkurrieren zu können. Schließlich hat die Toxizität von Quecksilberlampen an einigen Anwendungsstellen wie der Maskendesinfektion viele Bedenken ausgelöst.
Obwohl aktuelle UVC-LEDs Quecksilberlampen in Bezug auf photoelektrische Umwandlungseffizienz, Kostenleistung und Lebensdauer immer noch unterlegen sind, werden die kontinuierlichen Technologischen Durchbrüche schließlich den Prozess des Ersetzens von Quecksilberlampen durch UVC-LEDs fördern.
