Theo các phương tiện truyền thông nước ngoài, các nhà khoa học tại Đại học Nam Carolina ở Hoa Kỳ đã phát triển đèn LED cực tím sâu nhỏ nhất và sáng nhất thế giới với kích thước chip chỉ 5 micron và bước sóng 281nm. Mảng LED UVC bao gồm các chip này có độ sáng 361W· cm-2.
Được biết, vào đầu thế kỷ này, nhóm nghiên cứu của Đại học Nam Carolina đã bắt đầu phát triển các mảng kết nối UV LED nhỏ. Thế hệ đầu tiên của các pixel UV LED có đường kính 25 micron và tạo thành một mảng 10×10, giúp cải thiện công suất đầu ra ánh sáng, có độ tin cậy cực cao và giảm tắc nghẽn hiện tại. Nó chủ yếu dựa trên khả năng chống dòng tiêu chuẩn và mở rộng dòng điện phụ trợ.
Gần đây, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cấu trúc này một lần nữa cho nguồn ánh sáng cực tím sâu, tập trung vào ảnh hưởng của trở kháng nhiệt và kích thước pixel đối với công suất phát xạ.
Theo người phát ngôn của nhóm Richard Floyd, việc thu nhỏ kích thước của đèn LED cực tím sâu xuống dưới 20 micron sẽ không làm tăng độ khó của hầu hết các bước sản xuất, cũng như không yêu cầu thiết bị đặc biệt để hoàn thành. Ví dụ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mặt nạ photoresist tiêu chuẩn (Photoresist Masking) và máy căn chỉnh mặt nạ Karl Suss MJB-3 (Mask Aligner) trong tất cả các bước in thạch bản.
Tuy nhiên, để đảm bảo tính đồng nhất của toàn bộ tấm wafer, nhóm nghiên cứu đã tối ưu hóa thời gian tiếp xúc và phát triển của photolithography dưới 20 micron và tối ưu hóa các điều kiện ủ cho tiếp xúc ohmic p-pole.
Nhóm nghiên cứu đã so sánh một vật thể tham chiếu LED một pixel có đường kính 90 micron với ba cấu trúc mảng khác nhau: mảng 36 pixel với đường kính 15 micron, mảng 81 pixel với đường kính 10 micron và 324 pixel với đường kính 15 micron. Đối với mảng pixel 5 micron, khoảng trống là tất cả 5 micron.
Bên trái: Mảng pixel kết nối 5 micron (khoảng cách giữa các pixel là 5 micron)
Phải: Cùng một mảng khi dòng điện DC là 60mA (Nguồn ảnh: Đại học Nam Carolina)
Thông qua phương pháp đo on-wafer (sử dụng xung 500ns và chu kỳ nhiệm vụ 0,05% để giảm thiểu nhiệt của thiết bị), người ta thấy rằng một pixel 5 micron (đường kính) duy nhất với tản nhiệt bằng nhôm, khi dòng điện lái xe là 10,2kA·cm- Lúc 2 giờ, độ sáng cực đại có thể đạt tới 291W · cm-2, gấp 30 lần độ sáng của đối tượng tham chiếu LED được đề cập ở trên.
Kết quả nghiên cứu của ba mảng khác nhau cho thấy, nhờ công nghệ loại bỏ nhiệt vượt trội giúp loại bỏ sự chảy xệ nhiệt, giảm kích thước điểm ảnh có thể cải thiện hiệu suất. So với tham chiếu một chip, công suất đầu ra của các mảng 324 pixel với đường kính 5 micron được tăng hơn 5 lần ở chế độ sóng liên tục và công suất đầu ra có thể tăng hơn 15 lần ở chế độ xung.
Thông qua nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng hiệu quả lượng tử bên ngoài của mảng micro-pixel được kết nối với nhau sẽ không giảm khi kích thước pixel co lại. Do đó, các nhà nghiên cứu tự tin rằng họ có thể phát triển kích thước nhỏ hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị. Đèn LED UV sâu.
Nhưng cần lưu ý rằng kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng khi kích thước thiết bị bị giảm hơn nữa, trở kháng nhiệt sẽ giảm nhẹ, nhưng chỉ có chỉ số này sẽ bị ảnh hưởng.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu của Đại học Nam Carolina đang nghiên cứu công nghệ quy trình để tăng cường hiệu quả chiết xuất ánh sáng, hy vọng sử dụng các electron độc lập để kiểm soát các pixel này.
Được biết, bước đột phá nghiên cứu này sẽ giúp thúc đẩy đèn LED UVC cạnh tranh tốt hơn với đèn thủy ngân trong các ứng dụng đòi hỏi chiếu xạ tia cực tím sâu liều cao. Rốt cuộc, ở một số nơi áp dụng như khử trùng khẩu trang, độc tính của đèn thủy ngân đã gây ra rất nhiều lo ngại.
Mặc dù đèn LED UVC hiện tại vẫn kém hơn đèn thủy ngân về hiệu quả chuyển đổi quang điện, hiệu suất chi phí và tuổi thọ, nhưng những đột phá liên tục trong công nghệ cuối cùng sẽ thúc đẩy quá trình thay thế đèn thủy ngân bằng đèn LED UVC.
