Bagaimana LED UVC Berfungsi
Cara LED UVC benar-benar berfungsi ialah pertanyaan popular daripada perniagaan yang melihat LED UVC untuk tujuan pembasmian kuman. Dalam artikel ini, kami menerangkan cara kerja teknologi ini.
Prinsip LED secara umum
Apabila arus dijalankan melalui diod pemancar cahaya (LED), peranti semikonduktor, ia mengeluarkan cahaya. Walaupun semikonduktor bebas kecacatan yang sangat tulen (juga dikenali sebagai semikonduktor intrinsik) biasanya mengalirkan elektrik dengan sangat tidak cekap, dopan boleh ditambah kepada semikonduktor untuk menukar kekonduksiannya kepada sama ada lubang bercas positif (semikonduktor jenis-n) atau elektron bercas negatif (p- jenis semikonduktor).
Persimpangan pn, di mana semikonduktor jenis-p diletakkan di atas semikonduktor jenis-n, membentuk LED. Apabila pincang ke hadapan (atau voltan) diberikan, lubang dalam bahan jenis-p ditolak ke arah yang bertentangan (kerana ia bercas positif) ke arah bahan jenis-n.
Begitu juga, elektron dalam kawasan jenis-n ditolak ke arah kawasan jenis-p. Elektron dan lubang akan bergabung di persimpangan antara bahan jenis p dan jenis n, dan setiap peristiwa penggabungan semula akan menghasilkan penghasilan kuantum tenaga yang merupakan ciri yang wujud bagi semikonduktor di mana penggabungan semula berlaku.
Dalam jalur valens semikonduktor, lubang dihasilkan, manakala elektron dihasilkan dalam jalur pengaliran. Tenaga celah jalur, yang merujuk kepada perbezaan tenaga antara jalur pengaliran dan jalur valens, dikawal oleh sifat ikatan semikonduktor.
Satu foton cahaya dengan tenaga dan panjang gelombang (kedua-duanya disambungkan antara satu sama lain oleh persamaan Planck) yang ditentukan oleh celah jalur bahan yang digunakan di kawasan aktif peranti dihasilkan melalui penggabungan semula sinaran.
Penggabungan semula bukan sinaran adalah satu lagi kemungkinan, apabila tenaga yang dihasilkan oleh penggabungan semula elektron dan lubang menghasilkan haba dan bukannya foton cahaya. Dalam semikonduktor celah jalur langsung, proses penggabungan bukan sinaran ini termasuk keadaan elektronik celah pertengahan yang disebabkan oleh kecacatan.
Kami berhasrat untuk menambah baik bahagian gabungan semula sinaran berbanding gabungan semula bukan sinaran kerana kami mahu LED kami memancarkan cahaya dan bukannya haba. Untuk melakukan ini, satu kaedah ialah menambah lapisan pembawa dan telaga kuantum ke kawasan aktif diod dalam usaha untuk meningkatkan kepekatan elektron dan lubang yang, di bawah keadaan yang betul, sedang menjalani penggabungan semula.
Kepekatan kecacatan yang berkurangan di kawasan aktif peranti, yang membawa kepada penggabungan semula bukan sinaran, merupakan satu lagi faktor penting. Oleh kerana kehelan adalah sumber utama pusat penggabungan semula bukan sinaran, ia memainkan peranan penting dalam optoelektronik. Dislokasi boleh terhasil daripada pelbagai faktor, tetapi untuk mencapai ketumpatan rendah, lapisan jenis n dan p yang membentuk kawasan aktif LED mesti sentiasa ditanam pada substrat padanan kekisi. Jika tidak, kehelan akan ditambah untuk mengambil kira variasi dalam struktur kekisi kristal.
Oleh itu, memaksimumkan prestasi LED memerlukan pengurangan ketumpatan terkehel sambil meningkatkan kadar gabungan semula sinaran berbanding kadar gabungan semula bukan sinaran.
LED UVC
Aplikasi untuk LED ultraungu (UV) termasuk rawatan air, penyimpanan data optik, komunikasi, pengesanan agen biologi, dan pengawetan polimer. Panjang gelombang antara 100 nm hingga 280 nm dirujuk sebagai bahagian UVC spektrum UV.
Panjang gelombang yang ideal untuk pembasmian kuman adalah antara 260 dan 270 nm, dengan panjang gelombang yang lebih panjang menghasilkan kecekapan pembunuh kuman yang kurang eksponen. Berbanding dengan lampu merkuri konvensional, LED UVC memberikan beberapa kelebihan, termasuk ketiadaan bahan berbahaya, suis hidup/mati serta-merta tanpa sekatan kitaran, penggunaan haba yang dikurangkan dengan pengekstrakan haba terfokus, dan peningkatan ketahanan.
Dalam kes LED UVC, peratusan tahi lalat aluminium yang lebih besar diperlukan untuk menghasilkan pelepasan panjang gelombang pendek (260 nm hingga 270 nm untuk pembasmian kuman), yang menjadikan pembangunan dan doping bahan mencabar. Dari segi sejarah, nilam ialah substrat yang paling banyak digunakan untuk III-nitrida kerana substrat padanan kekisi pukal tidak mudah diakses. Ketakpadanan kekisi yang ketara antara nilam dan struktur AlGaN kandungan tinggi AlGaN LED UVC menyebabkan lebih banyak penggabungan semula bukan sinaran (kecacatan).
Perbezaan antara kedua-dua teknologi nampaknya kurang ketara dalam julat UVB dan pada panjang gelombang yang lebih panjang, di mana ketidakpadanan kekisi dengan AlN lebih besar kerana kepekatan Ga yang lebih tinggi diperlukan. Kesan ini nampaknya menjadi lebih teruk pada kepekatan Al yang lebih tinggi, jadi LED UVC berasaskan nilam cenderung menurun kuasa pada panjang gelombang lebih pendek daripada 280 nm lebih cepat daripada LED UVC berasaskan AlN.
Pertumbuhan pseudomorfik pada substrat AlN asli menghasilkan lapisan kecacatan rendah yang rata secara atom dengan kuasa puncak pada 265 nm, yang sepadan dengan kedua-dua penyerapan kuman maksimum dan juga mengurangkan kesan ketidakpastian yang disebabkan oleh kekuatan penyerapan yang bergantung kepada spektrum. Ini dicapai dengan memampatkan parameter kekisi yang lebih besar bagi AlGaN intrinsik untuk dimuatkan pada AlN tanpa menimbulkan kecacatan.
Substrat AlN padanan kekisi pukal berkualiti tinggi telah dicipta oleh BENWEI, membolehkan penyerapan dalaman yang lebih rendah dan kecekapan dalaman yang lebih tinggi. Substrat ini menyediakan LED yang berkualiti tinggi dan lebih kuat dengan panjang gelombang di kawasan pembunuh kuman, yang digunakan dalam pengeluaran LED UVC dan barangan Klaran.
