외신 보도에 따르면 미국 사우스캐롤라이나 대학의 과학자들이 칩 크기가 5마이크론에 불과하고 파장이 281nm인 세계에서 가장 작고 밝은 심자외선 LED를 개발했다고 합니다. 이들 칩으로 구성된 UVC LED 어레이의 밝기는 361W·cm-2이다.
금세기 초 사우스캐롤라이나 대학 연구팀이 소형 UV LED 인터커넥트 어레이를 개발하기 시작한 것으로 알려졌다. 1세대 UV LED 픽셀은 직경이 25미크론이고 10×10 어레이를 형성하여 광 출력을 향상시키고 초고신뢰성을 가지며 전류 혼잡을 줄입니다. 주로 표준 직렬 저항 및 보조 전류 확장을 기반으로 합니다.
최근 팀은 열 임피던스와 픽셀 크기가 방출 전력에 미치는 영향에 초점을 맞춰 심자외선 광원에 대해 이 구조를 다시 연구했습니다.
팀 대변인 Richard Floyd에 따르면, 심자외선 LED의 크기를 20미크론 미만으로 줄이는 것은 대부분의 생산 단계의 어려움을 증가시키지 않으며 완료하는 데 특수 장비도 필요하지 않습니다. 예를 들어 연구팀은 모든 리소그래피 단계에서 표준 포토레지스트 마스크(Photoresist Masking)와 Karl Suss MJB-3 마스크 얼라이너(Mask Aligner)를 사용했습니다.
그러나 연구팀은 웨이퍼 전체의 균일성을 확보하기 위해 포토리소그래피의 노광 및 현상 시간을 20마이크론 이하로 최적화하고, p극 오믹 접촉을 위한 어닐링 조건을 최적화했다.
연구팀은 직경 90미크론의 단일 픽셀 LED 기준 물체를 15미크론 직경의 36픽셀 어레이, 직경 10미크론의 81픽셀 어레이 및 직경 324픽셀의 3가지 어레이 구조와 비교했습니다. 15미크론. 5미크론 픽셀 어레이의 경우 간격은 모두 5미크론입니다.
왼쪽: 5미크론 상호 연결된 픽셀 어레이(픽셀 간 간격은 5미크론)
오른쪽: DC 전류가 60mA일 때 동일한 어레이(이미지 출처: University of South Carolina)
웨이퍼 상의 측정 방법(소자의 열을 최소화하기 위해 500ns 펄스 및 0.05% 듀티 사이클 사용)을 통해 구동 전류가 10.2kA일 때 알루미늄 방열판이 있는 단일 5미크론(직경) 픽셀이 발견되었습니다. ·cm- 2시& #39;시계에서 최대 밝기는 291W·cm-2에 도달할 수 있으며 이는 위에서 언급한 LED 기준 물체의 밝기의 30배입니다.
세 가지 다른 어레이의 연구 결과에 따르면 열 처짐을 제거하는 우수한 열 제거 기술 덕분에 픽셀 크기를 줄이면 성능이 향상될 수 있습니다. 단일 칩 기준과 비교하여 직경 5미크론의 324개 픽셀 어레이의 출력 전력은 연속파 모드에서 5배 이상 증가하고 출력 전력은 펄스 모드에서 15배 이상 증가할 수 있습니다.
연구팀은 이 연구를 통해 상호 연결된 마이크로 픽셀 어레이의 외부 양자 효율이 픽셀 크기가 작아져도 감소하지 않는다는 것을 발견했다. 따라서 연구원들은 장치의 성능에 영향을 미치지 않으면서 더 작은 크기를 개발할 수 있다고 확신합니다. 딥 UV LED.
그러나 연구 결과에 따르면 장치 크기가 더 줄어들수록 열 임피던스는 약간 감소하지만 이 지수만 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다.
현재 사우스 캐롤라이나 대학 연구팀은 이러한 픽셀을 제어하기 위해 독립적인 전자를 사용하기를 희망하면서 광 추출 효율을 향상시키는 공정 기술을 연구하고 있습니다.
이 연구 혁신은 UVC LED가 고용량 심자외선 조사가 필요한 응용 분야에서 수은 램프와 더 잘 경쟁하도록 촉진하는 데 도움이 될 것으로 보고됩니다. 결국 마스크 소독과 같은 일부 적용 장소에서 수은 램프의 독성이 많은 우려를 불러 일으켰습니다.
현재의 UVC LED는 광전 변환 효율, 비용 성능 및 수명 측면에서 여전히 수은 램프보다 열등하지만 지속적인 기술 혁신은 결국 수은 램프를 UVC LED로 교체하는 프로세스를 촉진할 것입니다.
