Er mai dim ond 5% o olau haul yw egni uwchfioled, fe'i defnyddir yn helaeth ym mywyd dynol. Ar hyn o bryd, mae cymwysiadau golau UV yn cynnwys halltu argraffu, gwrth-ffugio darnau arian, triniaeth clefyd y croen, golau tyfiant planhigion, a difrod i strwythur moleciwlaidd micro-organebau fel bacteria a firysau. Felly, fe'i defnyddir yn helaeth mewn sterileiddio aer, puro dŵr, a sterileiddio a diheintio wyneb solet.
Yn gyffredinol, mae'r ffynhonnell golau uwchfioled draddodiadol yn defnyddio cyflwr cynhyrfus gollyngiad anwedd mercwri i gynhyrchu golau uwchfioled, sydd â llawer o ddiffygion fel defnydd pŵer uchel, cynhyrchu gwres mawr, oes fer, ymateb araf, a pheryglon diogelwch posibl. Mae'r ffynhonnell golau uwchfioled dwfn newydd yn defnyddio'r egwyddor allyrru golau deuod allyrru golau (LED), sydd â llawer o fanteision dros lampau mercwri traddodiadol. Y fantais bwysicaf yw nad yw'n cynnwys mercwri gwenwynig. Gyda gweithrediad Confensiwn Minamata, mae'n nodi y bydd y defnydd o lampau uwchfioled sy'n cynnwys mercwri yn cael eu gwahardd yn llwyr yn 2020. Felly, mae sut i ddatblygu ffynhonnell golau uwchfioled effeithlon sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd ac yn effeithlon wedi dod yn her bwysig sy'n wynebu pobl. .
LEDs uwchfioled dwfn (DUV LEDs) yn seiliedig ar ddeunyddiau lled-ddargludyddion bwlch band eang (GaN, AlGaN) yw'r unig ddewis ar gyfer y cais newydd hwn. Mae'r system ffynhonnell golau holl-solid-wladwriaeth hon yn fach o ran maint, yn uchel o ran effeithlonrwydd, ac yn hir mewn bywyd. Dim ond sglodyn maint gorchudd bawd, gall allyrru golau uwchfioled sy'n gryfach na lamp mercwri. Mae dirgelwch hyn yn dibynnu'n bennaf ar ddeunydd lled-ddargludyddion band-bwlch uniongyrchol nitridau grŵp III: yr electronau yn y band dargludiad a'r tyllau yn ailgyfuniad y band falens, a thrwy hynny gynhyrchu ffotonau. Mae egni'r ffoton yn dibynnu ar led band gwaharddedig y deunydd. Gall gwyddonwyr sylweddoli'n union allyriad tonfeddi gwahanol trwy addasu cyfansoddiad yr elfen yn y cyfansoddyn teiran fel AlGaN. Fodd bynnag, nid yw bob amser yn hawdd cyflawni allyriadau golau effeithlonrwydd uchel o LEDau UV. Mae ymchwilwyr wedi darganfod pan fydd electronau a thyllau yn ailgyfuno, nid yw ffotonau bob amser yn cael eu cynhyrchu. Gelwir yr effeithlonrwydd hwn yn effeithlonrwydd cwantwm mewnol (IQE).
Mae grŵp ymchwil Sun Haiding a Long Shibing yn Ysgol Microelectroneg, Prifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Tsieina, a Guo Wei a Ye Jichun o Sefydliad Deunyddiau Ningbo yn Academi Gwyddorau Tsieineaidd wedi darganfod hynny er mwyn cynyddu IQE rheolir gwerth LEDau UV, swbstrad y gellir ei dyfu trwy ddefnyddiau AlGaN-saffir Al2O3 gan yr ongl beveling. Canfu'r ymchwilwyr, pan fydd ongl beveling y swbstrad yn cynyddu, bod y dadleoliadau y tu mewn i'r LED UV yn cael eu hatal yn sylweddol, a bod dwyster goleuol y ddyfais yn cael ei wella'n sylweddol. Pan fydd y swbstrad siamffrog yn cyrraedd 4 gradd, mae dwyster sbectrwm fflwroleuedd y ddyfais yn cael ei gynyddu yn ôl trefn maint, ac mae'r effeithlonrwydd cwantwm mewnol wedi cyrraedd 90% sy'n torri record.
Yn wahanol i'r strwythur UV UV traddodiadol, nid yw trwch y ffynnon bosibl a'r rhwystr yn y ffynnon cwantwm amlhaenog (MQW) yn unffurf yn yr haen sy'n allyrru golau y tu mewn i'r strwythur newydd hwn. Gyda chymorth microsgopeg electron trawsyrru cydraniad uchel, roedd ymchwilwyr yn gallu dadansoddi strwythurau cwantwm yn dda ar ddim ond ychydig nanometrau ar raddfa microsgopig. Mae astudiaethau'n dangos, ar gam y swbstrad, y bydd atomau gallium (Ga) yn agregu, sy'n arwain at fand ynni lleol yn culhau, ac wrth i'r ffilm dyfu, bydd rhanbarthau Ga-ac Al-gyfoethog yn ymestyn i LEDau DUV. Arwyneb, a'i droelli a'i blygu mewn gofod tri dimensiwn, gan ffurfio strwythur ffynnon aml-cwantwm tri dimensiwn.
Mae ymchwilwyr yn galw'r ffenomen arbennig hon: gwahanu elfennau Al a Ga fesul cam a lleoleiddio cludwyr. Mae'n werth nodi, yn y system LED glas sy'n seiliedig ar InGaN, nad yw In yn 100% yn gredadwy â Ga, gan arwain at ranbarthau Mewn a Ga-gyfoethog yn y deunydd, sy'n arwain at wladwriaethau lleol ac yn hyrwyddo llwytho. Ailgyfuno cludwyr yn ymbelydrol. Fodd bynnag, yn systemau deunydd AlGaN, anaml y gwelir gwahanu Al a Ga fesul cam. Un o arwyddocâd pwysig y gwaith hwn yw bod modd tyfiant y deunydd wedi'i addasu'n artiffisial i hyrwyddo gwahanu cam, ac felly wella nodweddion allyrru golau'r ddyfais yn fawr.
Trwy optimeiddio'r addasiad twf epitaxial ar swbstrad bevel 4 gradd, archwiliodd yr ymchwilwyr y strwythur DUV LED gorau posibl. Mae oes cludwr y strwythur hwn yn fwy na 1.60 ns, sydd yn gyffredinol yn is nag 1ns mewn dyfeisiau traddodiadol. Gan brofi pŵer goleuol y sglodyn ymhellach, darganfu’r ymchwilwyr fod ei bŵer goleuol uwchfioled fwy na dwywaith pŵer dyfeisiau traddodiadol yn seiliedig ar swbstrad bevel 0.2 gradd. Mae hyn yn brawf mwy sicr y gall deunyddiau AlGaN wahanu cyfnodau yn effeithiol a lleoleiddio cludwyr. Yn ogystal, efelychodd yr arbrofwyr y ffenomen gwahanu cyfnod y tu mewn i ffynhonnau cwantwm lluosog AlGaN ac effeithiau anwastadrwydd y ffynnon bosibl a thrwch y rhwystr ar y dwyster goleuol a'r donfedd trwy gyfrifiadau damcaniaethol. Mae'r cyfrifiadau damcaniaethol yn cytuno'n dda â'r arbrofion.
Cwblhawyd canlyniadau'r ymchwil ar y cyd gan yr Athrawon Dai Jiangnan a Chen Changqing o Brifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Huazhong, yr Athro Zhang Zihui o Brifysgol Technoleg Hebei, a'r Athro Boon Ooi a'r Athro Iman Roqan o Brifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg King Abdullah. Cred ymchwilwyr y bydd yr ymchwil hon yn darparu syniadau newydd ar gyfer datblygu ffynonellau golau UV holl-solid-wladwriaeth hynod effeithlon. Nid yw'r syniad hwn yn gofyn am swbstradau patrymog drud na phrosesau twf epitaxial cymhleth. A chan ddibynnu ar addasu ongl bevel y swbstrad a pharu ac optimeiddio'r paramedrau twf epitaxial, disgwylir y bydd nodweddion goleuol LEDau UV yn cael eu gwella i lefel y gellir ei chymharu â LEDs glas, gan osod prawf. ar gyfer cymwysiadau ar raddfa fawr o LEDau UV dwfn pŵer uchel A sail ddamcaniaethol. Teitl y canlyniadau cysylltiedig yw "Luminescence Uwchfioled wedi'i Wella'n Ddiamwys o Strwythurau Ffynnon Quantwm tonnog AlGaN a dyfir ar Is-haen Saffir Fawr Misoriented" ac fe'u cyhoeddir ar-lein yn Deunyddiau Gweithredol Uwch (DOI: 10.1002 / adfm. 201905445).