De acordo com relatos da mídia estrangeira, cientistas da Universidade da Carolina do Sul, nos Estados Unidos, desenvolveram o menor e mais brilhante LED ultravioleta profundo do mundo com um tamanho de chip de apenas 5 mícrons e comprimento de onda de 281 nm. O conjunto de LEDs UVC composto por esses chips tem brilho de 361 W · cm-2.
É relatado que no início deste século, a equipe de pesquisa da Universidade da Carolina do Sul começou a desenvolver pequenas matrizes de interconexão de LED UV. A primeira geração de pixels de LED UV tem um diâmetro de 25 mícrons e forma uma matriz de 10 × 10, o que melhora a potência de saída de luz, tem confiabilidade ultra-alta e reduz o congestionamento de corrente. Baseia-se principalmente na resistência em série padrão e na expansão de corrente auxiliar.
Recentemente, a equipe estudou essa estrutura novamente para a fonte de luz ultravioleta profunda, com foco no efeito da impedância térmica e do tamanho do pixel na potência de emissão.
De acordo com o porta-voz da equipe Richard Floyd, reduzir o tamanho dos LEDs ultravioleta profundos para menos de 20 mícrons não aumentará a dificuldade da maioria das etapas de produção, nem requer equipamento especial para ser concluído. Por exemplo, a equipe de pesquisa usou uma máscara fotorresistente padrão (Máscara fotorresistente) e o alinhador de máscara Karl Suss MJB-3 (Alinhador de máscara) em todas as etapas de litografia.
No entanto, para garantir a uniformidade de todo o wafer, a equipe de pesquisa otimizou a exposição e o tempo de desenvolvimento da fotolitografia abaixo de 20 mícrons e otimizou as condições de recozimento para o contato ôhmico do pólo p.
A equipe de pesquisa comparou um objeto de referência de LED de pixel único com diâmetro de 90 mícrons com três estruturas de matriz diferentes: matrizes de 36 pixels com diâmetro de 15 mícrons, matrizes de 81 pixels com diâmetro de 10 mícrons e 324 pixels com diâmetro de 15 mícrons. Para a matriz de pixels de 5 mícrons, as lacunas são todas de 5 mícrons.
Esquerda: matriz de pixels interconectados de 5 mícrons (a lacuna entre os pixels é de 5 mícrons)
Direita: A mesma matriz quando a corrente DC é 60mA (fonte da imagem: Universidade da Carolina do Sul)
Por meio do método de medição on-wafer (usando pulso de 500 ns e ciclo de trabalho de 0,05% para minimizar o calor do dispositivo), verifica-se que um único pixel de 5 mícrons (diâmetro) com um dissipador de calor de alumínio, quando a corrente motriz é 10,2 kA · Cm- A 2 o' clock, o brilho máximo pode chegar a 291 W · cm-2, que é 30 vezes o brilho do objeto de referência de LED mencionado acima.
Os resultados da pesquisa de três matrizes diferentes mostram que, graças à tecnologia superior de remoção de calor que elimina a flacidez térmica, reduzir o tamanho do pixel pode melhorar o desempenho. Em comparação com a referência de chip único, a potência de saída das matrizes de 324 pixels com um diâmetro de 5 mícrons é aumentada em mais de 5 vezes no modo de onda contínua e a potência de saída pode ser aumentada em mais de 15 vezes no modo de pulso.
Por meio dessa pesquisa, a equipe de pesquisa descobriu que a eficiência quântica externa da matriz de micro-pixels interconectados não diminuirá à medida que o tamanho do pixel diminui. Portanto, os pesquisadores estão confiantes de que podem desenvolver um tamanho menor sem afetar o desempenho do dispositivo. LED UV profundo.
Mas deve-se notar que os resultados da pesquisa também mostram que à medida que o tamanho do dispositivo é reduzido, a impedância térmica diminuirá um pouco, mas apenas esse índice será afetado.
Atualmente, a equipe de pesquisa da Universidade da Carolina do Sul está estudando a tecnologia de processo para aumentar a eficiência de extração de luz, na esperança de usar elétrons independentes para controlar esses pixels.
É relatado que este avanço de pesquisa ajudará a promover os LEDs UVC para melhor competir com as lâmpadas de mercúrio em aplicações que requerem irradiação ultravioleta profunda de alta dose. Afinal, em alguns locais de aplicação, como a desinfecção de máscaras, a toxicidade das lâmpadas de mercúrio tem causado muitas preocupações.
Embora os LEDs UVC atuais ainda sejam inferiores às lâmpadas de mercúrio em termos de eficiência de conversão fotoelétrica, desempenho de custo e vida útil, os avanços contínuos na tecnologia acabarão por promover o processo de substituição das lâmpadas de mercúrio por LEDs UVC.
