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直徑5微米!全球最小最亮的UVC LED問世

2021-08-26 09:46 來源:LEDinside 作者:Janice

據外媒報道,美國南卡羅來納大學(the University of South Carolina)的科學家已開發出全球最小、最亮的深紫外LED,芯片尺寸僅為5微米,波長為281nm。由這些芯片組成的UVC LED陣列亮度達361W·cm-2。

據悉,在本世紀初,南卡羅來納大學的研究院隊就開始研發小型UV LED互聯陣列。第一代UV LED像素直徑為25微米,組成了10×10的陣列,提升了光輸出功率,具有超高可靠性,并減少了電流擁擠,主要對標串聯電阻和輔助電流擴展。

最近,該團隊針對深紫外光源再次對這個結構進行研究,主要聚焦熱阻抗以及像素尺寸對發射功率的影響。

據團隊的發言人Richard Floyd透露,將深紫外LED的尺寸縮小到20微米以內不會增加大部分生產步驟的難度,也不需要專門的設備來完成。例如,研究團隊在所有的光刻步驟中采用了標準的光阻劑光罩(Photoresist Masking)和Karl Suss MJB-3掩模對準器(Mask Aligner)。

不過,為了保證整個晶圓的均勻性,研究團隊優化了20微米以下光刻曝光和顯影時間,同時優化了p極歐姆接觸退火條件。

研究團隊將直徑為90微米的單像素LED參照物與三個不同的陣列結構進行對比,分別是:36個直徑為15微米的像素陣列、81個直徑為10微米的像素陣列、324個直徑為5微米的像素陣列,間隙均為5微米。

直徑5微米!全球最小最亮的UVC LED問世

左:5微米互聯像素陣列(像素間的間隙為5微米)   右:直流電流為60mA時的相同陣列(圖片來源:南卡羅來納大學)

通過晶圓上測量法(采用500ns脈沖和0.05%的占空比以最大程度降低器件的熱量)發現,帶有鋁散熱片的單個5微米(直徑)像素,當驅動電流為10.2kA·cm-2時,峰值亮度可達到291W·cm-2,是上述提及LED參照物亮度的30倍。

三個不同陣列的研究結果顯示,得益于消除熱下垂的優越排熱技術,降低像素尺寸可提升性能。相比單芯片參照物,324個直徑為5微米的像素陣列在連續波模式下,輸出功率提升了5倍以上,而在脈沖模式下,輸出功率可提升15倍以上。

通過本次研究,研究團隊發現,該互聯微像素陣列的外量子效率不會隨著像素尺寸縮小而降低,因此,研究者們有信心在不影響器件性能的條件下,開發出更小尺寸的深紫外LED。

但需要注意的是,研究結果也表明了,隨著器件尺寸進一步縮小,熱阻抗會微幅降低,不過也僅有這個指標會受到影響。

目前,南卡羅來納大學研究團隊正在研究增強光提取效率的工藝技術,期望能夠利用獨立電子來控制這些像素。

據悉,本次的研究突破有助于推動UVC LED在要求高劑量深紫外照射的應用中更好地與汞燈競爭。畢竟,在口罩消毒等部分應用場所,汞燈的毒性引發不少擔憂。

盡管當前UVC LED在光電轉換效率、性價比和壽命等技術指標方面還比不上汞燈,但技術的不斷突破終將推進UVC LED替代汞燈的進程。

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