UVC LED Nasıl Çalışır?
UVC LED'lerin gerçekten nasıl çalıştığı, dezenfeksiyon amacıyla UVC LED'lere bakan işletmelerin popüler bir sorusudur. Bu yazıda, bu teknolojinin işleyişini açıklıyoruz.
Genel olarak LED'lerin ilkeleri
Bir yarı iletken cihaz olan ışık yayan diyot (LED) aracılığıyla bir akım iletildiğinde ışık yayar. Son derece saf, hatasız yarı iletkenler (içsel yarı iletkenler olarak da bilinirler) tipik olarak elektriği çok verimsiz bir şekilde iletirken, iletkenliğini pozitif yüklü deliklere (n-tipi yarı iletken) veya negatif yüklü elektronlara (p-) dönüştürmek için yarı iletkene katkı maddeleri eklenebilir. yarı iletken tipi).
Bir p-tipi yarı iletkenin n-tipi bir yarı iletkenin üzerine yerleştirildiği bir pn bağlantısı, bir LED oluşturur. İleriye doğru bir önyargı (veya voltaj) verildiğinde, p-tipi malzemedeki delikler ters yönde (pozitif yüklü oldukları için) n-tipi malzemeye doğru itilir.
Benzer şekilde n-tipi bölgedeki elektronlar da p-tipi bölgeye doğru itilir. Elektronlar ve boşluklar, p-tipi ve n-tipi malzemeler arasındaki bağlantı noktasında birleşecek ve her bir yeniden birleştirme olayı, yeniden birleştirmenin meydana geldiği yarı iletkenin doğal bir özelliği olan bir miktar enerji üretimi ile sonuçlanacaktır.
Yarı iletkenin değerlik bandında delikler üretilirken, iletim bandında elektronlar üretilir. İletim bandı ile değerlik bandı arasındaki enerji farkını ifade eden bant aralığı enerjisi, yarı iletkenin bağlanma özellikleri tarafından yönetilir.
Cihazın aktif alanında kullanılan malzemenin bant aralığı tarafından dikte edilen bir enerji ve dalga boyuna (ikisi birbirine Planck denklemiyle bağlıdır) sahip tek bir ışık fotonu, radyasyon rekombinasyonu yoluyla üretilir.
Elektron ve boşluk rekombinasyonu tarafından üretilen enerji ışık fotonları yerine ısıyla sonuçlandığında, ışımalı olmayan rekombinasyon başka bir olasılıktır. Doğrudan bant aralıklı yarı iletkenlerde, bu ışınımsal olmayan yeniden birleştirme işlemleri, kusurların neden olduğu orta boşluklu elektronik durumları içerir.
Işınımlı yeniden birleştirme oranını ışınımsız yeniden birleştirmeye göre iyileştirmeyi amaçlıyoruz çünkü LED'lerimizin ısı yerine ışık yaymasını istiyoruz. Bunu yapmak için bir yöntem, doğru koşullar altında rekombinasyona uğrayan elektronların ve deliklerin konsantrasyonunu artırmak amacıyla diyotun aktif alanına taşıyıcı sınırlayıcı katmanlar ve kuantum kuyuları eklemektir.
Cihazın aktif alanında ışınımsız rekombinasyona yol açan azaltılmış kusur konsantrasyonu, bir başka önemli faktördür. Dislokasyonlar ışınımsal olmayan rekombinasyon merkezlerinin ana kaynağı olduğundan, optoelektronikte çok önemli bir rol oynarlar. Dislokasyonlar çeşitli faktörlerden kaynaklanabilir, ancak düşük bir yoğunluk elde etmek için LED'in aktif alanını oluşturan n- ve p-tipi katmanlar her zaman kafes uyumlu bir alt tabaka üzerinde büyütülmelidir. Değilse, kristal kafes yapısındaki değişimi hesaba katmak için dislokasyonlar eklenecektir.
Bu nedenle, LED performansını en üst düzeye çıkarmak, ışınımlı olmayan yeniden birleştirme hızına kıyasla ışınımlı yeniden birleştirme oranını artırırken dislokasyon yoğunluklarını azaltmayı gerektirir.
LED'ler UVC
Ultraviyole (UV) LED'lere yönelik uygulamalar arasında suyun arıtılması, optik veri depolama, iletişim, biyolojik ajanların tespiti ve polimerlerin kürlenmesi yer alır. 100 nm ila 280 nm arasındaki dalga boyları, UV spektrumunun UVC kısmı olarak adlandırılır.
Dezenfeksiyon için ideal dalga boyu 260 ile 270 nm arasındadır ve daha uzun dalga boyları katlanarak daha az mikrop öldürücü etkinlik üretir. Geleneksel cıvalı lambalarla karşılaştırıldığında, UVC LED'ler, tehlikeli maddelerin bulunmaması, döngü kısıtlamaları olmadan anında açma/kapatma, odaklanmış ısı tahliyesi ile azaltılmış ısı tüketimi ve artırılmış dayanıklılık dahil olmak üzere bir dizi avantaj sağlar.
UVC LED'ler söz konusu olduğunda, kısa dalga boyu emisyonu (dezenfeksiyon için 260 nm ila 270 nm) oluşturmak için daha büyük bir alüminyum mol yüzdesi gereklidir, bu da malzemenin geliştirilmesini ve katkılanmasını zorlaştırır. Tarihsel olarak safir, III-nitrürler için en yaygın olarak kullanılan alt tabakaydı, çünkü toplu kafes uyumlu alt tabakalara kolayca erişilememişti. Safir ile UVC LED'lerin yüksek Al içerikli AlGaN yapısı arasındaki önemli bir kafes uyumsuzluğu, daha fazla ışınımsal olmayan rekombinasyona (kusurlar) neden olur.
İki teknoloji arasındaki fark, UVB aralığında ve daha uzun dalga boylarında daha az belirgin görünmektedir; burada daha yüksek Ga konsantrasyonları gerektiğinden AlN ile kafes uyumsuzluğu daha fazladır. Bu etki, daha yüksek Al konsantrasyonunda daha da kötüleşiyor gibi görünüyor, bu nedenle safir bazlı UVC LED'ler, AlN bazlı UVC LED'lerden 280 nm'den daha kısa dalga boylarında daha hızlı güç kaybetme eğilimindedir.
Doğal AlN substratları üzerindeki psödomorfik büyüme, hem maksimum germisidal absorpsiyona karşılık gelen hem de spektral bağımlı absorpsiyon kuvvetinin getirdiği belirsizliğin etkilerini azaltan, 265 nm'de bir tepe gücüne sahip, atomik olarak düz, düşük kusurlu katmanlar üretir. Bu, içsel AlGaN'nin daha büyük kafes parametresinin, kusurlara yol açmadan AlN'ye uyması için sıkıştırılmasıyla gerçekleştirilir.
BENWEI tarafından yüksek kaliteli toplu kafes uyumlu AlN substratları oluşturulmuştur, bu da daha düşük dahili absorpsiyon ve daha yüksek dahili verimlilik sağlar. Bu alt tabakalar, Klaran UVC LED'lerinin ve ürünlerinin üretiminde kullanılan mikrop öldürücü bölgede dalga boylarına sahip daha yüksek kaliteli, daha güçlü LED'ler sağlar.
