Cách thức hoạt động của đèn LED UVC
Làm thế nào đèn LED UVC thực sự hoạt động là một câu hỏi phổ biến từ các doanh nghiệp đang tìm kiếm đèn LED UVC cho mục đích khử trùng. Trong bài viết này, chúng tôi mô tả hoạt động của công nghệ này.
Nguyên tắc của đèn LED nói chung
Khi một dòng điện được dẫn qua đi-ốt phát quang (LED), một thiết bị bán dẫn, nó sẽ phát ra ánh sáng. Trong khi các chất bán dẫn cực kỳ tinh khiết, không khuyết tật (còn được gọi là chất bán dẫn nội tại) thường dẫn điện rất kém hiệu quả, các chất dẫn điện có thể được thêm vào chất bán dẫn để thay đổi độ dẫn điện của nó thành các lỗ tích điện dương (bán dẫn loại n) hoặc các điện tử tích điện âm (p- loại bán dẫn).
Một điểm nối pn, trong đó một chất bán dẫn loại p được đặt trên một chất bán dẫn loại n, tạo nên một đèn LED. Khi có một độ lệch thuận (hoặc điện áp), các lỗ trong vật liệu loại p được đẩy theo hướng ngược lại (vì chúng tích điện dương) về phía vật liệu loại n.
Tương tự, các electron trong vùng loại n được đẩy về phía vùng loại p. Các electron và lỗ trống sẽ kết hợp tại điểm nối giữa vật liệu loại p và loại n, và mỗi sự kiện tái hợp sẽ dẫn đến việc tạo ra một lượng tử năng lượng vốn là đặc điểm cố hữu của chất bán dẫn nơi xảy ra quá trình tái hợp.
Trong dải hóa trị của chất bán dẫn, các lỗ trống được tạo ra, trong khi các electron được tạo ra trong dải dẫn. Năng lượng vùng cấm, đề cập đến sự chênh lệch năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị, bị chi phối bởi các đặc tính liên kết của chất bán dẫn.
Một photon ánh sáng đơn lẻ có năng lượng và bước sóng (cả hai được kết nối với nhau theo phương trình Planck) được xác định bởi khoảng cách vùng cấm của vật liệu được sử dụng trong vùng hoạt động của thiết bị được tạo ra thông qua quá trình tái hợp bức xạ.
Tái hợp không bức xạ là một khả năng khác, khi năng lượng được tạo ra bởi sự tái hợp của electron và lỗ trống tạo ra nhiệt thay vì các photon ánh sáng. Trong các chất bán dẫn có khe hở trực tiếp, các quá trình tái hợp không bức xạ này bao gồm các trạng thái điện tử có khe hở giữa do sai sót mang lại.
Chúng tôi đặt mục tiêu cải thiện tỷ lệ tái hợp bức xạ so với tái hợp không bức xạ vì chúng tôi muốn đèn LED phát ra ánh sáng thay vì nhiệt. Để làm điều này, một phương pháp là thêm các lớp giới hạn chất mang và giếng lượng tử vào vùng hoạt động của đi-ốt nhằm nỗ lực tăng nồng độ của các electron và lỗ trống, trong các trường hợp thích hợp, đang trải qua quá trình tái hợp.
Giảm nồng độ khuyết tật trong vùng hoạt động của thiết bị, dẫn đến tái hợp không bức xạ, là một yếu tố quan trọng khác. Bởi vì sự sai lệch là nguồn chính của các trung tâm tái hợp không bức xạ, nên chúng đóng một vai trò quan trọng trong quang điện tử. Sự lệch vị trí có thể do nhiều yếu tố khác nhau, nhưng để đạt được mật độ thấp, các lớp loại n và loại p tạo nên vùng hoạt động của đèn LED phải luôn được phát triển trên đế phù hợp với mạng tinh thể. Nếu không, sự sai lệch sẽ được thêm vào để giải thích cho sự thay đổi trong cấu trúc mạng tinh thể.
Do đó, tối đa hóa hiệu suất của đèn LED đòi hỏi phải giảm mật độ trật khớp đồng thời tăng tốc độ tái hợp bức xạ so với tốc độ tái hợp không bức xạ.
đèn LED UVC
Các ứng dụng cho đèn LED cực tím (UV) bao gồm xử lý nước, lưu trữ dữ liệu quang học, thông tin liên lạc, phát hiện các tác nhân sinh học và xử lý polyme. Bước sóng từ 100 nm đến 280 nm được gọi là phần UVC của quang phổ UV.
Bước sóng lý tưởng để khử trùng là từ 260 đến 270 nm, với bước sóng dài hơn tạo ra hiệu quả diệt khuẩn kém hơn theo cấp số nhân. So với đèn thủy ngân thông thường, đèn LED UVC mang lại một số ưu điểm, bao gồm không có vật liệu nguy hiểm, bật/tắt tức thời mà không bị hạn chế chu kỳ, giảm tiêu thụ nhiệt nhờ chiết xuất nhiệt tập trung và tăng độ bền.
Trong trường hợp đèn LED UVC, tỷ lệ phần trăm mol nhôm lớn hơn là cần thiết để tạo ra phát xạ bước sóng ngắn (260 nm đến 270 nm để khử trùng), khiến cho việc phát triển và pha tạp vật liệu trở nên khó khăn. Về mặt lịch sử, saphia là chất nền được sử dụng rộng rãi nhất cho III-nitrit do các chất nền kết hợp mạng tinh thể số lượng lớn không dễ tiếp cận. Một mạng tinh thể không phù hợp đáng kể giữa sapphire và cấu trúc AlGaN có hàm lượng Al cao của đèn LED UVC gây ra nhiều sự tái hợp không bức xạ hơn (khuyết tật).
Sự khác biệt giữa hai công nghệ dường như ít rõ rệt hơn trong phạm vi UVB và ở các bước sóng dài hơn, trong đó sự không khớp mạng tinh thể với AlN lớn hơn do cần có nồng độ Ga cao hơn. Hiệu ứng này dường như trở nên tồi tệ hơn ở nồng độ Al cao hơn, do đó, đèn LED UVC dựa trên sapphire có xu hướng giảm công suất ở bước sóng ngắn hơn 280 nm nhanh hơn so với đèn LED UVC dựa trên AlN.
Sự tăng trưởng giả định hình trên các chất nền AlN bản địa tạo ra các lớp khuyết tật thấp, phẳng nguyên tử với công suất cực đại ở 265nm, tương ứng với cả sự hấp thụ diệt khuẩn tối đa và cũng làm giảm tác động của sự không chắc chắn do cường độ hấp thụ phụ thuộc vào quang phổ. Điều này được thực hiện bằng cách nén tham số mạng lớn hơn của AlGaN nội tại để phù hợp với AlN mà không gây ra lỗi.
BENWEI đã tạo ra các chất nền AlN phù hợp với mạng tinh thể số lượng lớn chất lượng cao, cho phép hấp thụ bên trong thấp hơn và hiệu quả bên trong cao hơn. Những chất nền này cung cấp đèn LED chất lượng cao hơn, mạnh hơn với bước sóng trong vùng diệt khuẩn, được sử dụng trong sản xuất đèn LED Klaran UVC và hàng hóa.
