استراتيجيات تحسين هيكل رقاقة UV-C LED: تعزيز اللمعان والتطهير

تحتوي LEDs UV-C (الثنائيات التي تنبعث من الضوء فوق البنفسجي العميق) على إمكانات هائلة في مجالات مثل التعقيم الطبي وتنقية المياه والتطهير الجوي بسبب خصائص مبيدات الجراثيم الفعالة. ومع ذلك ، فإن التحديات مثل الكفاءة المضيئة المنخفضة ، وسوء الإدارة الحرارية ، والعمر القصير قد أعاقت تسويقها. تشير الأبحاث إلى أن تصميم بنية الرقائق أمر بالغ الأهمية لتحسين الأداء. دعنا نغطس في تعقيدات تحسين هياكل رقائق LED UV-C.

1. آليات اللمعان والتطهير من LEDs UV-C

1. مبدأ اللمعان

عادةً ما تستخدم UV-C LEDs أنظمة مواد Algan. إعادة تجميع الإلكترونات والثقوب في الآبار الكمومية لإصدار ضوء الأشعة فوق البنفسجية العميقة. تعتمد الكفاءة المضيئة على كفاءة الكم الداخلية (IQE) وكفاءة استخراج الضوء (LEE). تتأثر IQE بجودة المواد وكفاءة إعادة التركيب الناقل ، بينما يتأثر Lee بهيكل الرقاقة ، وانعكاس الواجهة ، وطرق التغليف.

2. آلية التطهير

يتم امتصاص ضوء UV-C (خاصة حوالي 275 نانومتر) بواسطة الحمض النووي الميكروبي ، ويشكل بيريميدين dimers التي تعطل النسخ المتماثل والنسخ ، وتحقيق التعقيم. هذا يعمل مثل مقص جزيئي ، 'يستهدف وتدمير المواد الوراثية الميكروبية بدقة لمنع التكاثر.

الثاني. استراتيجيات تحسين هيكل رقاقة UV-C LED

1. تحسين تصميم الطبقة الفوقية

1.1 التحكم في تكوين المواد Algan
يزيد من مكون AL يقصر طول موجة الانبعاث ولكنه يقدم عدم تطابق شعرية وكثافة العيوب. تشير الدراسات إلى أن استخدام طبقة ALN المخزن المؤقت يقلل من الاضطرابات ، في حين أن تصميم التكوين المتدرج AL يخفف من الإجهاد ، ويحسن جودة البلورة.

1.2 كمية بئر (MQW) تحسين
البئر متعددة السواتين تعزز الحبس الناقل. يؤدي تحسين نسبة سماكة البئر/الحاجز (على سبيل المثال ، 2 نانومتر/8 نانومتر) إلى تعزيز إعادة التركيب الإشعاعي ، وتقليل تقنيات تعويضات الإجهاد في العيوب في الآبار الكمومية ، وتحسين IQE.

2. القطب والتصميم الانتشار الحالي

2.1 أقطاب موصلة شفافة (TCL)
الأقطاب التقليدية Ni/Au تمتص ضوء UV-C بشكل كبير. يمكن أن يؤدي استخدام أقطاب ITO أو AL العاكسة إلى تعزيز كفاءة استخراج الضوء.

2.2 الأقطاب الكهربائية الدقيقة/النانوية المنظمة
أقطاب نانوية تقلل من امتصاص الضوء ، مما يحسن LEE ويسمح بمزيد من ضوء الأشعة فوق البنفسجية للمساهمة في التطهير.

3. اختيار الركيزة والإدارة الحرارية

3.1 مواد الركيزة
ركائز الياقوت هي فعالة من حيث التكلفة ولكن لديها توصيل حراري ضعيف ، في حين أن ALN يوفر الموصلية الحرارية عالية بتكلفة أعلى. ركائز الياقوت المزخرفة (PSS) تقلل من الاضطرابات وتعزيز استخراج الضوء.

3.2 تصميم الجار الحراري
دمج طبقات تبديد حرارة الماس يقلل من درجة حرارة الوصلات ، ويمتد عمر الجهاز وضمان تشغيل مستقر أثناء الاستخدام لفترة طويلة.

4. تحسين بنية استخراج الضوء

4.1 تقنية الخشنة السطحية
الرطب أو الجاف تخلق هياكل صغيرة/نانو لتقليل خسائر الانعكاس الداخلية الكلية ، مما يسمح بمزيد من الضوء بالهروب من سطح الرقاقة.

4.2 عاكس Bragg الموزع (DBR)
دمج DBR عالي الانعكاس في أسفل الرقاقة يعزز كفاءة انبعاثات الضوء UV-C ، مما يؤدي إلى تحسين أداء التطهير.

ثالثا. مقارنة الأداء والبيانات التجريبية

استراتيجيات التحسين تسفر عن تحسينات كبيرة في الأداء. على سبيل المثال:

• باستخدام طبقة المخزن المؤقت ALN يزيد من الكفاءة الكمومية الخارجية (EQE) من حوالي 15 ٪ إلى 25 ٪ ، لتحقيق كفاءة مطلية 3.5-log ضد الإشريكية القولونية.

• تعزز الأقطاب الأقطاب النانوية من eqe من حوالي 5 ٪ إلى 8 ٪ ، مع كفاءة تطهير 4.0 سمر ضد المكورات العنقودية الذهبية.

• أحرق الحرارة الماس ثلاثية عمر الجهاز مع الحفاظ على كفاءة التطهير العالية.

رابعا. الخلاصة والتوقعات

يلعب تصميم هيكل الرقائق لـ UV-C LEDS دورًا حاسمًا في تعزيز الأداء اللمعان والتطهير. تحسين النمو الفوقي ، هياكل البئر الكمومية ، تصميم القطب ، والإدارة الحرارية يحسن بشكل كبير EQE والموثوقية. في المستقبل ، قد تقلل أنظمة المواد الجديدة مثل Balgan أو Superlattice من كثافة العيوب. التعبئة المتكاملة التي تجمع بين العدسات البصرية وتقنيات الإدارة الحرارية ستعزز التطبيقات العملية. إن تطوير تقنيات نمو الركيزة على نطاق واسع ALN يمكن أن يدفع التسويق الجماعي لمصابيح LED UV-C ، وخدمة أفضل صحة الإنسان ونوعية الحياة.