Ilg'or ob'ektlar samarali ishlab chiqarishUltrabinafsha energiyasi quyosh nurining atigi 5% ni tashkil etsa ham, u inson hayotida keng qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda UV nurlari qo'llaniladigan vositalar bosib chiqarish, tanga soxtalashtirish, teri kasalliklarini davolash, o'simliklarning o'sishi yorug'ligi va bakteriya va viruslar kabi mikroorganizmlarning molekulyar tuzilishiga zarar etkazishni o'z ichiga oladi. Shuning uchun u havoni sterilizatsiya qilishda, suvni tozalashda va qattiq sirtni sterilizatsiya va dezinfektsiyalashda keng qo'llaniladi.
An'anaviy ultrabinafsha nurli yorug'lik manbai, odatda, yuqori quvvat iste'moli, katta issiqlik ishlab chiqarilishi, qisqa umr, sekin javob va potentsial xavfsizlik xavflari kabi ko'plab kamchiliklarga ega bo'lgan ultrabinafsha nurni hosil qilish uchun simob bug'lari chiqarilishining qo'zg'atilgan holatidan foydalanadi. Yangi chuqur ultrabinafsha nur manbai yorug'lik chiqaradigan diod (LED) yorug'lik chiqaruvchi printsipdan foydalanadi, bu an'anaviy simob lampalariga nisbatan juda ko'p afzalliklarga ega. Eng muhim ustunlik shundaki, uning tarkibida zaharli simob yo'q. Minamata konventsiyasining amalga oshirilishi 2020 yilda simobli ultrabinafsha chiroqlardan foydalanish mutlaqo taqiqlanishini anglatadi. Shu sababli yangi ekologik toza va samarali ultrabinafsha nur manbaini qanday ishlab chiqarish odamlar oldida turgan muhim vazifa bo'ldi. .
Keng tarmoqli bo'shliqli yarimo'tkazgich materiallari (GaN, AlGaN) ga asoslangan chuqur ultrabinafsha LEDlar (DUV LED) ushbu yangi dastur uchun yagona tanlov bo'ldi. Ushbu qattiq holatli yorug'lik manbai tizimi kichik o'lchamlarga ega, samaradorligi yuqori va umr bo'yi uzoqdir. Bosh barmoq qopqog'ining o'lchami shunchaki chip, u simob chiroqqa qaraganda kuchliroq bo'lgan ultrabinafsha nurlarini chiqarishi mumkin. Buning siri asosan III guruh nitridlarining to'g'ridan-to'g'ri tarmoqli bo'shliqli yarimo'tkazgich materialiga bog'liq: o'tkazuvchanlik tasmasidagi elektronlar va valentli band rekombinidagi teshiklar, shu bilan fotonlar hosil bo'ladi. Fotonning energiyasi materialning taqiqlangan tarmoqli kengligiga bog'liq. Olimlar AlGaN kabi uchlamchi birikmadagi element tarkibini sozlash orqali turli xil to'lqin uzunliklari emissiyasini aniq anglab olishlari mumkin. Biroq, ultrabinafsha chiroqlarning yuqori mahsuldorlik nurlanishiga erishish har doim ham oson emas. Tadqiqotchilar shuni aniqladilarki, elektron va teshiklar rekombin hosil qilganda fotonlar har doim ham hosil bo'lmaydi. Ushbu samaradorlik ichki kvant samaradorligi (IQE) deb nomlanadi.
Xitoy fan va texnologiya universiteti Mikroelektronika maktabining Sun Xaiding va Long Shibing tadqiqot guruhi va Xitoy Fanlar akademiyasining Ningbo materiallar instituti xodimi Guo Vey va Ye Jichun IQE ni oshirish uchun buni aniqladilar. AlGaN materiallari-safir Al2O3 orqali o'stirish mumkin bo'lgan UV LEDlarning qiymati burilish burchagi bilan boshqariladi. Tadqiqotchilar aniqladilarki, substratning burilish burchagi oshganda, UV LED ichidagi dislokatsiyalar sezilarli darajada bostiriladi va qurilmaning yorqin intensivligi sezilarli darajada yaxshilanadi. Chamfered substrat 4 darajaga etganida, qurilmaning floresan spektri intensivligi kattalik tartibiga ko'payadi va ichki kvant samaradorligi rekord darajadagi 90% ga etdi.
An'anaviy UV LED tuzilishidan farqli o'laroq, potentsial quduqning qalinligi va ko'p qavatli kvant qudug'idagi to'siq (MQW) ushbu yangi struktura ichidagi yorug'lik chiqaradigan qatlamda bir xil emas. Yuqori aniqlikdagi uzatish elektron mikroskopi yordamida tadqiqotchilar mikroskopik shkalada bir necha nanometrda kvant quduqlarining tuzilishini tahlil qilishga muvaffaq bo'lishdi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, substrat pog'onasida galliy (Ga) atomlari birlashadi, natijada mahalliylashtirilgan energiya diapazoni torayadi va kino o'sishi bilan Ga- va Al-boy mintaqalar DUV LEDlariga tarqaladi. Yuzaki va uch o'lchovli kosmosda egilgan va egilgan, uch o'lchovli ko'p kvantli quduq tuzilishini hosil qiladi.
Tadqiqotchilar buni maxsus hodisa deb atashadi: Al va Ga elementlarining fazaviy bo'linishi va tashuvchilarning lokalizatsiyasi. Shuni ta'kidlash kerakki, InGaN-ga asoslangan ko'k rangli LED tizimida In ga Ga bilan 100% xato bo'lmaydi, natijada material In va Ga-ga boy hududlarni yaratadi, bu esa mahalliy shtatlarga olib keladi va yuklashga yordam beradi. Tashuvchilarning radiatsion rekombinatsiyasi. Ammo AlGaN moddiy tizimlarida Al va Ga fazalarini ajratish kam uchraydi. Ushbu ishning muhim ahamiyatli tomoni shundaki, materialning o'sish rejimi fazalarni ajratishni rag'batlantirish uchun sun'iy ravishda o'rnatiladi va shu bilan qurilmaning yorug'lik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilaydi.
Epitaksial o'sishni sozlashni 4 darajali bevel substratda optimallashtirish orqali tadqiqotchilar optimal DUV LED tuzilishini o'rganishdi. Ushbu strukturaning tashish muddati 1,60 ns dan oshadi, bu odatda an'anaviy qurilmalarda 1 ns dan past. Tadqiqotchilar chipning nurli kuchini sinab ko'rishganida, uning ultrabinafsha nurli kuchi 0,2 daraja kavsh qaytaruvchi substratga asoslangan an'anaviy qurilmalarga qaraganda ikki baravar ko'proq ekanligi aniqlandi. Bu AlGaN materiallari fazalarni samarali ajratish va tashuvchini lokalizatsiyasiga erishishga qodir ekanligining yana bir isbotidir. Bundan tashqari, eksperimentalistlar, shuningdek, AlGaN ko'p kvantli quduqlar ichidagi fazalarni ajratish hodisasini va potentsial quduqning notekisligi va to'siq qalinligini nurli intensivlik va to'lqin uzunligiga nazariy hisob-kitoblar orqali ta'sirini ham simulyatsiya qilishdi. Nazariy hisob-kitoblar tajribalar bilan mos keladi.
Tadqiqot natijalarini Xuazong fan va texnologiyalar universitetining professori Dai Jiangnan va Chen Changqing, Xebey texnologiya universitetining professori Chjan Zixui va King Boon Ooi va King Abdulloh fan va texnologiyalar universitetining professori Iman Roqan birgalikda yakunladilar. Tadqiqotchilar ushbu tadqiqot yuqori samarali barcha qattiq holatga ega bo'lgan UV nur manbalarini ishlab chiqish uchun yangi g'oyalarni taqdim etishiga ishonishadi. Ushbu g'oya qimmat naqshli substratlarni yoki epitaksial o'sishni murakkab jarayonini talab qilmaydi. Va shunchaki substratning egri burchagini sozlash va epitaksial o'sish parametrlarini moslashtirish va optimallashtirishga tayanib, UV LEDlarning yorqin xususiyatlari ko'k diodli lampalar bilan taqqoslanadigan darajaga yaxshilanishi kutilmoqda. Yuqori quvvatli chuqurlikdagi UV nurlarini keng miqyosda qo'llash uchun Va nazariy asos. Tegishli natijalar "Katta noto'g'ri yo'naltirilgan sapfir quyi qatlamida o'stirilgan AlGaN to'lqinli kvant quduq tuzilmalarining bir marotaba yaxshilangan ultrabinafsha lyuminestsentsiyasi" deb nomlangan va rivojlangan funktsional materiallarda Internetda e'lon qilingan (DOI: 10.1002 / adfm. 201905445).