اگرچه انرژی ماوراء بنفش تنها 5٪ از نور خورشید را شامل می شود ، اما در زندگی انسان بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر ، کاربردهای ماوراء بنفش اشعه ماوراء بنفش شامل چاپ ، سکه ضد جعل ، درمان بیماری های پوستی ، رشد گیاه و آسیب به ساختار مولکولی میکروارگانیسم هایی مانند باکتری و ویروس است. بنابراین ، آن است که به طور گسترده ای در عقیم سازی هوا ، تصفیه آب ، و ضد عفونی و ضد عفونی سطح جامد استفاده می شود.
منبع نور ماوراء بنفش سنتی به طور کلی از حالت هیجان زده از تخلیه بخار جیوه برای تولید نور ماوراء بنفش استفاده می کند ، که دارای نقایص زیادی از جمله مصرف زیاد انرژی ، تولید گرمای زیاد ، عمر کوتاه ، پاسخ آهسته و خطرات احتمالی ایمنی است. منبع نور ماوراء بنفش جدید عمیق از اصل انتشار دیود (LED) استفاده می کند که نسبت به لامپ های جیوه سنتی دارای مزایای بسیاری است. مهمترین مزیت این است که حاوی جیوه سمی نیست. با اجرای کنوانسیون میناماتا ، نشان می دهد که استفاده از لامپهای ماوراء بنفش حاوی جیوه در سال 2020 به طور کامل ممنوع خواهد بود. بنابراین ، چگونگی توسعه یک منبع نور ماوراء بنفش سازگار با محیط زیست و کارآمد ، به یک چالش مهم پیش روی مردم تبدیل شده است. .
LED های عمیق ماوراء بنفش (LED های DUV) بر اساس مواد نیمه هادی شکاف باند گسترده (GaN ، AlGaN) تنها انتخاب برای این برنامه جدید شده اند. این سیستم منبع نور تمام حالت جامد ، اندازه ای کوچک ، راندمان بالا و عمر طولانی دارد. فقط یک تراشه به اندازه یک پوشش شست ، می تواند از نور ماوراء بنفش قوی تر از لامپ جیوه ساطع شود. رمز و راز این به طور عمده به مواد نیمه هادی مستقر در شکاف باند مستقیم گروه نیتریدهای گروه III بستگی دارد: الکترون های موجود در باند انتقال و سوراخ های موجود در نوار باند ظرفیت ، در نتیجه فوتون تولید می کند. انرژی فوتون به عرض باند ممنوع مواد بستگی دارد. دانشمندان می توانند با تنظیم ترکیب عنصر در ترکیب سه قلو مانند AlGaN ، انتشار طول موجهای مختلف را به طور دقیق تحقق بخشند. با این حال ، دستیابی به انتشار نور با کارایی بالا از LED های UV همیشه آسان نیست. محققان دریافته اند که وقتی الکترون ها و حفره ها دوباره نوترکیب می شوند ، همیشه فوتون ها تولید نمی شوند. این کارآیی را راندمان کوانتومی داخلی (IQE) می نامند.
گروه تحقیقاتی Sun Haiding و Long Shibing دانشکده میکروالکترونیک ، دانشگاه علوم و فناوری چین و Guo Wei و Ye Jichun از انستیتوی مواد نینگبو آکادمی علوم چینی کشف کرده اند که به منظور افزایش ضریب هوشی مقدار LED های UV ، بستر قابل رشد از طریق مواد AlGaN-یاقوت کبود Al2O3 توسط زاویه پیچ و تاب کنترل می شود. محققان دریافتند که هنگامی که زاویه خم شدن بستر افزایش یابد ، جابجایی های داخل UV LED به طور قابل ملاحظه ای سرکوب می شوند و شدت درخشان دستگاه بطور قابل توجهی بهبود می یابد. هنگامی که بستر شفاف به 4 درجه برسد ، شدت طیف فلورسانس دستگاه به ترتیب بزرگی افزایش می یابد و بازده کوانتومی داخلی به رکورد 90٪ رسیده است.
متفاوت از ساختار سنتی UV LED ، ضخامت چاه بالقوه و مانع موجود در چاه کوانتومی چند لایه (MQW) در لایه تابش نور در داخل این ساختار جدید یکنواخت نیست. با کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا ، محققان توانستند ساختارهای چاه کوانتومی را تنها در چند نانومتر در مقیاس میکروسکوپی تجزیه و تحلیل کنند. مطالعات نشان می دهد که در مرحله بستر ، اتمهای گالیم (Ga) جمع می شوند که منجر به باریک شدن باند انرژی موضعی می شود و با رشد فیلم ، مناطق Ga- و غنی از آل تا لامپهای DUV گسترش می یابند. سطح ، و پیچ و تاب و خم در فضای سه بعدی ، تشکیل یک چاه چند بعدی کوانتومی سه بعدی.
محققان این پدیده خاص را چنین می نامند: جداسازی فاز عناصر Al و Ga و محلی سازی ناقلین. شایان ذکر است که ، در سیستم LED آبی آبی مبتنی بر InGaN ، In با 100٪ گاوی قابل انكار نیست ، در نتیجه در مناطق غنی از گالیم و غنی از مواد ایجاد می شود كه منجر به حالت های محلی می شود و باعث بارگیری می شود. نوترکیبی تابشی حامل ها. با این حال ، در سیستم های ماده AlGaN ، جداسازی فاز Al و Ga به ندرت مشاهده می شود. یکی از اهمیت مهم این کار این است که حالت رشد مواد به صورت مصنوعی تنظیم شده است تا جداسازی فاز را ارتقا بخشد و در نتیجه ویژگیهای تابش نور دستگاه را بسیار بهبود بخشد.
محققان با بهینه سازی تنظیم رشد epitaxial بر روی بستر باریک 4 درجه ، ساختار مطلوب LED DUV را مورد بررسی قرار دادند. طول حامل این سازه از 1.60 نانومتر بیشتر است که در دستگاه های سنتی معمولاً پایین تر از 1 نان است. محققان با آزمایش بیشتر قدرت درخشان تراشه ، متوجه شدند که قدرت درخشان ماوراء بنفش آن بیش از دو برابر دستگاههای سنتی مبتنی بر بستر بول 0.2 درجه است. این اثبات قطعی تری است که مواد AlGaN می توانند به جدایی فاز مؤثر و بومی سازی حامل دست یابند. علاوه بر این ، متخصصان تجربی همچنین پدیده جداسازی فاز در داخل چاههای کوانتومی چندگانه AlGaN و اثرات یکنواختی چاه بالقوه و ضعف مانع بر شدت درخشان و طول موج را از طریق محاسبات نظری شبیه سازی کرده اند. محاسبات نظری با آزمایشات مطابقت دارد.
نتایج این تحقیق به طور مشترک توسط اساتید دای جیانگنان و چن چانگ کینگ از دانشگاه علم و فناوری Huazhong ، پروفسور ژانگ زیوهی از دانشگاه فناوری هبی و پروفسور بون اووی و استاد ایمان روکان از دانشگاه علم و فناوری پادشاه عبدالله به پایان رسید. محققان معتقدند که این تحقیق ایده های جدیدی را برای توسعه منابع نوری UV کاملاً جامد و بسیار کارآمد ارائه می دهد. این ایده نیازی به بسترهای الگوی گران قیمت و یا فرآیندهای پیچیده رشد اپیتاکسی ندارد. و فقط با تکیه بر تنظیم زاویه باریک بستر و تطبیق و بهینه سازی پارامترهای رشد epitaxial ، انتظار می رود ویژگی های درخشان LED های UV به یک سطح قابل مقایسه با LED های آبی بهبود یابد ، و یک آزمایش انجام دهد برای برنامه های کاربردی در مقیاس بزرگ از LED های UV با عمق بالا و اساس نظری. نتایج مرتبط با عنوان "Luminescence Ultraviolet Enahigu Enhanced Envanced Strumures Well Quantum Well AlGaN رشد یافته در بستر یاقوت کبود بزرگ گمشده رشد یافته است" و بصورت آنلاین در مواد پیشرفته کاربردی منتشر می شود (DOI: 10.1002 / adfm. 201905445).