LED UV چگونه نور ماوراء بنفش تولید می کند؟
به عنوان یک تامین کننده معتبر UV LED، اغلب از من در مورد فرآیند پیچیده نحوه تولید نور ماوراء بنفش LED های UV سوال می شود. در این پست وبلاگ، من به علم پشت آن می پردازم و فناوری ها و مؤلفه های کلیدی را که باعث این اتفاق می شود، بررسی می کنم.
برای درک نحوه عملکرد LED های UV، ابتدا باید مفهوم اصلی انتشار نور را درک کنیم. نور در اصل تابش الکترومغناطیسی است و طول موج های مختلف این تابش با رنگ ها و انواع مختلف نور مطابقت دارد. نور فرابنفش (UV) طول موج کوتاه تری نسبت به نور مرئی دارد که معمولاً بین 10 تا 400 نانومتر متغیر است.
مبانی نیمه هادی ها
LED های UV نوعی دیود ساطع کننده نور (LED) هستند. در قلب LED یک ماده نیمه هادی قرار دارد. نیمه هادی ماده ای است که رسانایی الکتریکی بین هادی (مانند مس) و عایق (مانند لاستیک) دارد. رایج ترین مواد نیمه هادی مورد استفاده در LED های UV، نیترید گالیم (GaN) و آلیاژهای آن مانند نیترید گالیم آلومینیوم (AlGaN) است.
نیمه هادی در یک LED UV دوپ شده است، به این معنی که ناخالصی ها عمداً برای ایجاد دو نوع مختلف منطقه اضافه می شوند: مناطق نوع p و مناطق نوع n. در ناحیه نوع p، مقدار زیادی "سوراخ" (حامل های دارای بار مثبت) وجود دارد، در حالی که در ناحیه نوع n، الکترون های اضافی (حامل های دارای بار منفی) وجود دارد.
اصل اتصال p - n
هنگامی که نواحی نوع p و نوع n کنار هم قرار می گیرند، پیوند ap - n تشکیل می شود. هنگامی که یک ولتاژ خارجی در اتصال p - n اعمال می شود (بایاس رو به جلو)، الکترون های ناحیه نوع n مجبور می شوند به سمت ناحیه نوع p حرکت کنند و حفره های ناحیه نوع p به سمت ناحیه نوع n حرکت می کنند.
در محل اتصال p - n، الکترون ها و حفره ها دوباره با هم ترکیب می شوند. در طی این فرآیند نوترکیب، انرژی آزاد می شود. مقدار انرژی آزاد شده با فاصله باند انرژی ماده نیمه هادی تعیین می شود. فاصله باند انرژی تفاوت در انرژی بین نوار ظرفیت (محل قرارگیری حفره ها) و نوار هدایت (محل قرارگیری الکترون ها) است.
در LED های UV، مواد نیمه هادی با دقت انتخاب می شوند تا دارای یک باند انرژی بزرگ باشند. با توجه به رابطه بین انرژی (E)، طول موج (λ) و ثابت پلانک (h) و سرعت نور (c) که با فرمول (E=\frac{hc}{\lambda}) داده شده است، یک فاصله باند انرژی بزرگ مربوط به طول موج کوتاه است. برای تولید نور UV، فاصله باند نیمه هادی طوری طراحی شده است که انرژی را در محدوده UV آزاد کند.
رشد اپیتاکسیال
یکی از مراحل حیاتی در ساخت LED های UV، رشد اپیتاکسیال است. رشد اپیتاکسیال فرآیندی است که در آن یک لایه نازک از یک ماده نیمه هادی تک کریستالی بر روی یک بستر رشد می کند. برای LED های UV، بستر اغلب یاقوت کبود یا کاربید سیلیکون است.
در طول رشد اپیتاکسیال، کنترل دقیق ترکیب و ضخامت لایه های نیمه هادی ضروری است. با تنظیم دقیق پارامترهای رشد مانند دما، نرخ جریان گاز و غلظت دوپینگ، سازندگان میتوانند سازههایی با شکاف باند و خواص الکتریکی مورد نظر ایجاد کنند. لایههای مختلف رشد میکنند تا ناحیه فعال (جایی که نوترکیبی الکترون - حفره رخ میدهد) و لایههای روکش (که به محدود کردن حاملها و نور تولید شده کمک میکند) را تشکیل دهند.
بسته بندی و استخراج نور
هنگامی که تراشه نیمه هادی ساخته شد، باید بسته بندی شود. این بسته بندی اهداف متعددی را انجام می دهد، از جمله محافظت از تراشه در برابر عوامل محیطی (مانند رطوبت و استرس مکانیکی)، ایجاد اتصالات الکتریکی و بهبود استخراج نور.
استخراج نور یک جنبه حیاتی است زیرا مقدار قابل توجهی از نور تولید شده در نیمه هادی ممکن است به دلیل بازتاب کلی داخلی به دام افتاده باشد. برای تقویت استخراج نور، تکنیک های مختلفی استفاده می شود. به عنوان مثال، سطح تراشه LED را می توان بافت داد تا شرایط بازتاب داخلی کل را شکسته و اجازه دهد نور بیشتری از آن خارج شود. علاوه بر این، می توان از مواد نوری با ضریب شکست مناسب در بسته بندی استفاده کرد تا نور را به سمت بیرون هدایت کند.
کاربردهای LED UV
LED های UV به دلیل توانایی در تولید نور UV کاربردهای گسترده ای دارند. یکی از شناخته شده ترین کاربردها در استریل و ضدعفونی است. نور UV - C که دارای محدوده طول موج 100 تا 280 نانومتر است، به ویژه در کشتن باکتری ها، ویروس ها و سایر میکروارگانیسم ها موثر است. مالامپ میکروب کش دستی قابل حملنمونه ای عالی از محصولی است که از فناوری UV - C LED برای نیازهای ضدعفونی در حال حرکت استفاده می کند.
کاربرد مهم دیگر در فرآیندهای پخت است. اشعه ماوراء بنفش می تواند واکنش های شیمیایی را در برخی مواد آغاز کند و باعث سخت شدن یا خشک شدن سریع آنها شود. ماLED UV با قدرت بالا 60 زاویهبرای کاربردهای پخت با قدرت بالا طراحی شده است و منبع نور UV متمرکز و شدید را ارائه می دهد.
علاوه بر این، LED های UV در تجزیه و تحلیل فلورسانس، تشخیص تقلبی و سیستم های تصفیه آب استفاده می شوند. به عنوان مثال، در آنالیز فلورسانس، نور UV میتواند مولکولهای فلورسنت را تحریک کند و باعث شود که نور مرئی ساطع کنند، که سپس قابل شناسایی و تجزیه و تحلیل است. ما275 نیوتن متر Smd LEDبرای چنین کاربردهای مبتنی بر فلورسانس مناسب است.
برای خرید و بحث تماس بگیرید
تکنولوژی پشت LED های UV ترکیبی جذاب از فیزیک نیمه هادی ها و مهندسی است. اگر علاقه مند به استفاده از LED های UV با کیفیت بالا در محصولات یا سیستم های خود هستید، از شما دعوت می کنم برای بحث در مورد خرید با من تماس بگیرید. چه برای نمونه سازی به مقدار کمی نیاز داشته باشید و چه برای سفارش تولید در مقیاس بزرگ، ما تخصص و منابع لازم را برای رفع نیازهای شما داریم.
مراجع
- Sze، SM، و Ng، KK (2007). فیزیک دستگاه های نیمه هادی. جان وایلی و پسران
- ناکامورا، اس.، و همکاران. (1994). دیودهای لیزری مبتنی بر InGaN/GaN/AlGaN و دیودهای ساطع نور آبی با سوپرشبکههای لایهای مدولاسیونشده - کرنششده. نامه های فیزیک کاربردی، 64 (16)، 2018 - 2020.