Σύμφωνα με αναφορές ξένων μέσων ενημέρωσης, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν αναπτύξει το μικρότερο και φωτεινότερο LED βαθιάς υπεριώδους LED στον κόσμο με μέγεθος τσιπ μόλις 5 μικρά και μήκος κύματος 281nm. Η σειρά LED UVC που αποτελείται από αυτά τα τσιπ έχει φωτεινότητα 361W · cm-2.
Αναφέρεται ότι στις αρχές αυτού του αιώνα, η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Νότιας Καρολίνας άρχισε να αναπτύσσει μικρές συστοιχίες διασύνδεσης UV LED. Η πρώτη γενιά εικονοστοιχείων UV LED έχει διάμετρο 25 μικρά και σχηματίζει μια συστοιχία 10 × 10, η οποία βελτιώνει την ισχύ εξόδου φωτός, έχει εξαιρετικά υψηλή αξιοπιστία και μειώνει την κυκλοφοριακή συμφόρηση. Βασίζεται κυρίως σε τυπική αντίσταση σειράς και επέκταση βοηθητικού ρεύματος.
Πρόσφατα, η ομάδα μελέτησε ξανά αυτήν τη δομή για την πηγή υπεριώδους φωτός, εστιάζοντας στην επίδραση της θερμικής σύνθετης αντίστασης και του μεγέθους των εικονοστοιχείων στην ισχύ εκπομπής.
Σύμφωνα με τον εκπρόσωπο της ομάδας Ρίτσαρντ Φλόιντ, η συρρίκνωση του μεγέθους των βαθιών υπεριωδών LED σε λιγότερο από 20 μικρά δεν θα αυξήσει τη δυσκολία των περισσότερων σταδίων παραγωγής, ούτε απαιτεί ειδικό εξοπλισμό για την ολοκλήρωσή του. Για παράδειγμα, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια τυπική μάσκα φωτοαντιστάσεως (Photoresist Masking) και Karl Suss MJB-3 aligner mask (Mask Aligner) σε όλα τα βήματα λιθογραφίας.
Ωστόσο, προκειμένου να διασφαλιστεί η ομοιομορφία ολόκληρης της γκοφρέτας, η ερευνητική ομάδα βελτιστοποίησε τον χρόνο έκθεσης και ανάπτυξης της φωτολιθογραφίας κάτω από 20 μικρά και βελτιστοποίησε τις συνθήκες ανόπτησης για την ωμική επαφή του πόλου.
Η ερευνητική ομάδα συνέκρινε ένα αντικείμενο αναφοράς LED ενός εικονοστοιχείου με διάμετρο 90 μικρά με τρεις διαφορετικές δομές συστοιχιών: 36 συστοιχίες εικονοστοιχείων με διάμετρο 15 μικρών, συστοιχίες 81 εικονοστοιχείων με διάμετρο 10 μικρών και 324 εικονοστοιχεία με διάμετρο 15 μικρά Για τη συστοιχία εικονοστοιχείων 5 μικρών, τα κενά είναι όλα 5 μικρά.
Αριστερά: Διάταξη διασυνδεδεμένων εικονοστοιχείων 5 μικρών (το κενό μεταξύ των εικονοστοιχείων είναι 5 μικρά)
Δεξιά: Ο ίδιος πίνακας όταν το ρεύμα DC είναι 60mA (Πηγή εικόνας: University of South Carolina)
Μέσω της μεθόδου μέτρησης on-wafer (χρησιμοποιώντας παλμό 500ns και κύκλο λειτουργίας 0,05% για την ελαχιστοποίηση της θερμότητας της συσκευής), διαπιστώνεται ότι ένα μόνο pixel 5 μικρών (διαμέτρου) με ψύκτρα αλουμινίου, όταν το ρεύμα κίνησης είναι 10,2kA · Cm- Στο ρολόι 2 o', η μέγιστη φωτεινότητα μπορεί να φτάσει τα 291W · cm-2, η οποία είναι 30 φορές η φωτεινότητα του προαναφερθέντος αντικειμένου αναφοράς LED.
Τα αποτελέσματα της έρευνας τριών διαφορετικών συστοιχιών δείχνουν ότι, χάρη στην ανώτερη τεχνολογία αφαίρεσης θερμότητας που εξαλείφει τη θερμική χαλάρωση, η μείωση του μεγέθους των εικονοστοιχείων μπορεί να βελτιώσει την απόδοση. Σε σύγκριση με την αναφορά ενός τσιπ, η ισχύς εξόδου των συστοιχιών 324 εικονοστοιχείων με διάμετρο 5 μικρά αυξάνεται περισσότερο από 5 φορές στη λειτουργία συνεχούς κύματος και η ισχύς εξόδου μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από 15 φορές σε λειτουργία παλμού.
Μέσω αυτής της έρευνας, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η εξωτερική κβαντική απόδοση της διασυνδεδεμένης συστοιχίας μικρο-εικονοστοιχείων δεν θα μειωθεί καθώς το μέγεθος των εικονοστοιχείων συρρικνώνεται. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές είναι πεπεισμένοι ότι μπορούν να αναπτύξουν μικρότερο μέγεθος χωρίς να επηρεάζουν την απόδοση της συσκευής. Βαθύ LED UV.
Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν επίσης ότι καθώς το μέγεθος της συσκευής μειώνεται περαιτέρω, η θερμική σύνθετη αντίσταση θα μειωθεί ελαφρώς, αλλά μόνο αυτός ο δείκτης θα επηρεαστεί.
Επί του παρόντος, η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Νότιας Καρολίνας μελετά την τεχνολογία διαδικασιών για την ενίσχυση της απόδοσης εξαγωγής φωτός, ελπίζοντας να χρησιμοποιήσει ανεξάρτητα ηλεκτρόνια για τον έλεγχο αυτών των εικονοστοιχείων.
Αναφέρεται ότι αυτή η ανακάλυψη της έρευνας θα βοηθήσει στην προώθηση των UVC LED για να ανταγωνιστούν καλύτερα τους λαμπτήρες υδραργύρου σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή δόση βαθιάς υπεριώδους ακτινοβολίας. Εξάλλου, σε ορισμένα σημεία εφαρμογής όπως η απολύμανση με μάσκα, η τοξικότητα των λαμπτήρων υδραργύρου έχει προκαλέσει πολλές ανησυχίες.
Αν και οι σημερινές λυχνίες UVC εξακολουθούν να είναι κατώτερες των λαμπτήρων υδραργύρου όσον αφορά την απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής, την απόδοση κόστους και τη διάρκεια ζωής, οι συνεχείς εξελίξεις στην τεχνολογία θα προωθήσουν τελικά τη διαδικασία αντικατάστασης λαμπτήρων υδραργύρου με LED UVC.
