Secondo i resoconti dei media stranieri, gli scienziati dell'Università della Carolina del Sud negli Stati Uniti hanno sviluppato il LED ultravioletto profondo più piccolo e luminoso del mondo con una dimensione del chip di soli 5 micron e una lunghezza d'onda di 281 nm. L'array di LED UVC composto da questi chip ha una luminosità di 361W·cm-2.
È stato riferito che all'inizio di questo secolo, il team di ricerca dell'Università della Carolina del Sud ha iniziato a sviluppare piccoli array di interconnessione UV LED. La prima generazione di pixel UV LED ha un diametro di 25 micron e forma un array 10×10, che migliora la potenza di emissione luminosa, ha un'affidabilità ultra-elevata e riduce la congestione attuale. Si basa principalmente sulla resistenza di serie standard e sull'espansione della corrente ausiliaria.
Recentemente, il team ha studiato nuovamente questa struttura per la sorgente di luce ultravioletta profonda, concentrandosi sull'effetto dell'impedenza termica e della dimensione dei pixel sulla potenza di emissione.
Secondo il portavoce del team Richard Floyd, ridurre le dimensioni dei LED a raggi ultravioletti profondi a meno di 20 micron non aumenterà la difficoltà della maggior parte delle fasi di produzione, né richiede attrezzature speciali per essere completate. Ad esempio, il team di ricerca ha utilizzato una maschera fotoresist standard (Photoresist Masking) e Karl Suss MJB-3 mask aligner (Mask Aligner) in tutte le fasi della litografia.
Tuttavia, al fine di garantire l'uniformità dell'intero wafer, il team di ricerca ha ottimizzato l'esposizione e il tempo di sviluppo della fotolitografia al di sotto dei 20 micron e ha ottimizzato le condizioni di ricottura per il contatto ohmico p-polo.
Il team di ricerca ha confrontato un oggetto di riferimento LED a pixel singolo con un diametro di 90 micron con tre diverse strutture di array: array da 36 pixel con un diametro di 15 micron, array da 81 pixel con un diametro di 10 micron e 324 pixel con un diametro di 15 micron. Per l'array di pixel da 5 micron, gli spazi vuoti sono tutti di 5 micron.
A sinistra: array di pixel interconnessi da 5 micron (lo spazio tra i pixel è di 5 micron)
A destra: lo stesso array quando la corrente continua è 60mA (Fonte immagine: University of South Carolina)
Attraverso il metodo di misurazione on-wafer (utilizzando l'impulso 500ns e il ciclo di lavoro dello 0,05% per ridurre al minimo il calore del dispositivo), si è scoperto che un singolo pixel da 5 micron (diametro) con un dissipatore di calore in alluminio, quando la corrente di guida è 10,2kA·cm- A ore 2, la luminosità di picco può raggiungere 291W·cm-2, che è 30 volte la luminosità dell'oggetto di riferimento LED sopra menzionato.
I risultati della ricerca di tre diversi array mostrano che, grazie alla tecnologia di rimozione del calore superiore che elimina il cedimento termico, ridurre le dimensioni dei pixel può migliorare le prestazioni. Rispetto al riferimento a chip singolo, la potenza di uscita degli array di 324 pixel con un diametro di 5 micron è aumentata di oltre 5 volte in modalità onda continua e la potenza di uscita può essere aumentata di oltre 15 volte in modalità impulso.
Attraverso questa ricerca, il team di ricerca ha scoperto che l'efficienza quantistica esterna dell'array di micro-pixel interconnessi non diminuirà man mano che la dimensione dei pixel si restringe. Pertanto, i ricercatori sono fiduciosi di poter sviluppare dimensioni più piccole senza influire sulle prestazioni del dispositivo. LED UV profondo.
Ma va notato che i risultati della ricerca mostrano anche che man mano che le dimensioni del dispositivo vengono ulteriormente ridotte, l'impedenza termica diminuirà leggermente, ma solo questo indice ne risentirà.
Attualmente, il team di ricerca dell'Università della Carolina del Sud sta studiando la tecnologia di processo per migliorare l'efficienza di estrazione della luce, sperando di utilizzare elettroni indipendenti per controllare questi pixel.
È stato riferito che questa svolta della ricerca contribuirà a promuovere i LED UVC per competere meglio con le lampade al mercurio in applicazioni che richiedono irradiazione ultravioletta profonda ad alte dosi. Dopotutto, in alcuni luoghi di applicazione come la disinfezione delle maschere, la tossicità delle lampade al mercurio ha causato molte preoccupazioni.
Sebbene gli attuali LED UVC siano ancora inferiori alle lampade al mercurio in termini di efficienza di conversione fotoelettrica, prestazioni in termini di costi e durata, le continue scoperte tecnologiche alla fine promuoveranno il processo di sostituzione delle lampade al mercurio con LED UVC.
