Ko'p yillar davomida erishish qiyin deb hisoblangan ko'k LED (yorug'lik chiqaruvchi diod) ixtirosi energiyani tejaydigan va uzoq umrga mo'ljallangan yorug'lik moslamalari va displeylarni dunyoga keltirdi. So'nggi chegara tadqiqotlaridan biri shundaki, u ko'k LEDlarga qaraganda to'lqin uzunligi qisqaroq UV -LEDlarni ishlab chiqarishi mumkin.
Ultrabinafsha nurlar orasida to'lqin uzunligi ayniqsa qisqa bo'lgan chuqur ultrabinafsha nurlari yuqori sterilizatsiya qobiliyatiga ega va ularni zavod va suv tozalash inshootlarida ishlatish kutilmoqda (1 -rasm). Hozirda ishlatilayotgan mikroblarga qarshi lampalarning aksariyati simobdan foydalanadi, lekin 2017 yilda simob haqidagi Minamata shartnomasi kuchga kirishi bilan xalqaro hamjamiyat simobdan foydalanishni kamaytirishga kirishdi. Shu nuqtai nazardan, chuqur ultrabinafsha UVC LEDlari kutilmoqda. Chuqur ultrabinafsha LEDlarni ishlatadigan mahsulotlar bozorga chiqa boshladi, lekin hozirgi yorug'lik samaradorligi va chiqish quvvati etarli emas.
1996 yilda UV -diodli LEDlarni tadqiq qilishni boshlagan Xirayama ishonch bilan shunday dedi: «Rivojlanish bo'yicha raqobat shiddatli bo'lsa -da, biz ishlab chiqargan UV UVC chuqur LEDlari dunyodagi eng yuqori yorug'lik samaradorligiga 20,3%erishdi. Ammo, agar biz keng foydalanishga erishmoqchi bo'lsak, yorug'lik samaradorligi bo'ladi. Germitsid chiroq sifatida ishlatiladigan past bosimli simobli chiroqdan oshib ketishi uchun uni yanada yaxshilash kerak va hozirgi maqsad 30%dan oshadi.&tirnoq;
LEDning asosiy tuzilishi-n-tipli yarimo'tkazgichni ko'proq elektronga va p-tipli yarimo'tkazgichni elektronlari etarli bo'lmagan (teshiklari bo'lgan) birlashtirish natijasida hosil bo'lgan pn birikmasi. Kuchlanish qo'llanilgandan so'ng, elektronlar va teshiklar birlashib, yorug'lik chiqaradi, lekin nurning rangi (to'lqin uzunligi) va yorug'lik chiqarishi uchun zarur bo'lgan kuchlanish yarimo'tkazgich turiga qarab farq qiladi. Kerakli to'lqin uzunlikdagi nurni yarata oladigan yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqish uchun ko'plab tadqiqotchilar turli materiallarni o'rganib chiqishdi. Xirayama shunday dedi:" Agar u faqat ultrabinafsha mintaqada yorug'lik chiqarsa, bu amaliy emas. Chunki u ham oldingi yorug'lik manbalariga qaraganda yorug'likni samaraliroq chiqarishi kerak va uni arzon narxda ommaviy ishlab chiqarish mumkin.&tirnoq; Alyuminiy galyum nitridi (AlGaN) nisbatan istiqbolli material sifatida kutilmoqda, lekin ko'plab muammolar mavjud.
Toza kristallar hosil qila oladigan yangi texnologiya, LEDlar asosiy moddada (substratda) tartiblangan atomlarga ega bo'lgan kristallarni o'stirish orqali pn birikmalar hosil qiladi. Yarimo'tkazgichli substrat arzon sapfirdan (Al2O3) foydalanadi, lekin kristallni tashkil etuvchi atomlar orasidagi masofa (panjara sobitligi) farqi tufayli, AlGaN kristali o'sganda deformatsiyalanadi, bu esa nuqsonli nuqsonlarni keltirib chiqaradi. Qusur chizig'i bo'ylab kengayadigan yoriqlar kristalli nuqsonlar deyiladi. Agar nuqson zichligi (tishli dislokatsiya zichligi) oshsa, yorug'lik samaradorligi pasayadi.
Moviy LEDlar substratda kamroq nuqsonli gallium nitrid (GaN) kristalli plyonka hosil qilishi kerak. Filmni suratga olish texnologiyasi Meijo universiteti Nobel mukofoti sovrindori Isamu Akasaki tomonidan ishlab chiqilgan. Chuqur ultrabinafsha LEDlar uchun substratda alyuminiy nitrid (AlN) kristalli plyonka hosil bo'ladi va uning ustida AlGaN kristalli o'stiriladi. Substratda nuqsonlarni kamaytirish uchun yuqori sifatli AlN plyonka o'rnatildi. U esladi:" Bu usul yorug'lik samaradorligini oshirishda katta yutuqqa erishdi va raqobatchining&Amerika tadqiqot guruhini ortda qoldirdi.&tirnoq;
AlN kristallari metall organik kimyoviy bug 'birikmasi (MOCVD) yordamida ishlab chiqariladi. Gazsimon material kristal bo'lib o'sishi uchun safir substratiga taxminan 1400 daraja yuqori haroratda etkazib beriladi. Xirayama tomonidan ishlab chiqilgan usul birinchi navbatda substratda yadro sifatida AlN nitridini o'stiradi va yadro orasidagi bo'shliqni to'ldirish uchun lateral o'sishini ta'minlash uchun ammiak gazini zarba bilan uradi. Keyin ularni vertikal ravishda yig'ish uchun gaz uzluksiz etkazib beriladi. Bu billur o'sish jarayonini takrorlash orqali yoriqsiz yuqori sifatli AlN qatlamini hosil qilish mumkin (2-rasm). U shunday dedi:" Toza kristallar yasash uchun siz gaz kontsentratsiyasini, oqim tezligini va reaktsiya haroratini va boshqalarni yaxshilab nazorat qilishingiz kerak. Gaz oqimi yuqori haroratda turbulent bo'lishi oson va boy tajribani talab qiladi. Shuning uchun, uskunalar o'z-o'zidan ishlab chiqariladi va kerak bo'lganda o'zgartiriladi.&tirnoq; .
Tuzilish ustida ishlash orqali yorug'lik samaradorligini oshirish
Yorug'lik samaradorligi 3 omil bilan bog'liq. Birinchisi -" ichki kvant samaradorligi" ikkinchisi -" elektronni quyish samaradorligi" ;, uchinchisi -" yorug'lik chiqarish samaradorligi" ;. Xirayama ushbu uchta samaradorlikni oshirish uchun ko'p harakat qilmoqda.
Ichki kvant samaradorligi-bu oqim orqali hosil bo'ladigan elektron va teshik juftlarining yorug'lik chiqarishga nisbati va yorug'lik chiqaruvchi qatlamning nurni ravonlik bilan chiqarish darajasini ko'rsatadi. Kristalning to'g'ri o'sishi va nuqsonlarni kamaytirish orqali ichki kvant samaradorligi muvaffaqiyatli yaxshilandi.
Elektronni in'ektsiya qilish samaradorligi AOK qilingan oqimdagi yorug'lik chiqaruvchi qatlamga kiradigan elektronlar ulushini bildiradi. An'anaviy ultrabinafsha ultrabinafsha diodli LEDda muammo bor, u orqali yuborilgan elektronlar yorug'lik chiqaruvchi qatlamga kirmaydi, lekin p-qatlam tomondan oqadi.
Kirish qismida shunday deyilgan:" Sababi shundaki, p-tipli yarimo'tkazgichdagi teshiklar soni n-tipli yarimo'tkazgichdagi elektronlar bilan muvozanatlanmagan. Teshiklar sonini ko'paytirish qiyin bo'lgani uchun, to'g'ridan-to'g'ri o'tadigan bog'lanmagan elektronlarni aks ettirish uchun elektron blokirovka qiluvchi qatlam (ko'p kvantli to'siq) hosil bo'ladi. , Samarali birlashtirilgan" (3 -rasm). Natijada, elektronni quyish samaradorligi ancha yaxshilanadi.
Orzu lazer nur manbasiga qo'llanilishi kerak
AlGaN tomonidan ishlab chiqilgan chuqur ultrabinafsha UV -diod ham qo'llanilish oralig'ida afzalliklarga ega. U kutib turdi:" Kristal tarkibini o'zgartirib, chuqur ultrabinafsha to'lqin uzunligini sozlash mumkin. Bu ham bir xususiyat. Hozirgi vaqtda 222-351 nm diapazonida chuqur ultrabinafsha UVC LEDlari joriy qilingan. Ilovaga muvofiq kerakli to'lqin uzunligini bemalol yaratishingiz mumkin. Chuqur ultrabinafsha nurlar, masalan, atopik dermatit va toshbaqa kasalligini davolashda ishlatiladigan taxminan 310 nanometrli yorug'lik."
Bu ishlab chiqilayotgan texnologiya. Chiqish quvvatini hozirgi o'nlab millivattdan bir necha vattgacha oshirish kerak. U kelajakda sterilizatsiya, suvni tozalash, havoni tozalash, davolash, biokimyo sanoati, qatronlarni qotish va qayta ishlash va matbaa sohalarida qo'llanilishi kutilmoqda. Va rasm va boshqa sohalar.
Kelajakka nazar tashlab, u shunday dedi:" Kelajakda biz katta ultrabinafsha lazer diodini (LD) ishlab chiqarishni rejalashtirmoqdamiz, bu esa katta chiqish quvvatiga erishadi. Agar bunga erishish mumkin bo'lsa, u Blu-ray disklari sig'imidan oshib ketadigan katta hajmli saqlash vositalarini va zararli moddalarni ham parchalay olishi kerak.&tirnoq;
Chuqur ultrabinafsha UVC LEDni ishlab chiqish maydoni hali juda katta.
