UVC LED 작동 방식
UVC LED가 실제로 어떻게 작동하는지는 소독 목적으로 UVC LED를 찾는 기업에서 자주 묻는 질문입니다. 이 기사에서는 이 기술의 작동 방식에 대해 설명합니다.
일반적으로 LED의 원리
반도체 소자인 발광다이오드(LED)에 전류를 흘리면 빛이 난다. 매우 순수하고 결함이 없는 반도체(진성 반도체라고도 함)는 일반적으로 전기를 매우 비효율적으로 전도하지만 도펀트를 반도체에 추가하여 전도성을 양전하를 띤 정공(n형 반도체) 또는 음전하를 띤 전자(p- 유형 반도체).
p형 반도체가 n형 반도체 위에 놓인 pn 접합은 LED를 구성합니다. 순방향 바이어스(또는 전압)가 주어지면 p형 물질의 정공이 n형 물질을 향해 반대 방향(양전하를 띠기 때문에)으로 밀려납니다.
마찬가지로 n형 영역의 전자는 p형 영역 쪽으로 밀려납니다. 전자와 정공은 p형과 n형 물질 사이의 접합부에서 결합할 것이며 각 재결합 이벤트는 재결합이 일어나는 반도체의 고유한 특징인 에너지 양자를 생성합니다.
반도체의 가전자대에서는 정공이 생성되는 반면 전도대에서는 전자가 생성됩니다. 전도대와 원자가대 사이의 에너지 차이를 나타내는 밴드갭 에너지는 반도체의 결합 특성에 의해 좌우됩니다.
장치의 활성 영역에서 사용되는 재료의 밴드갭에 의해 결정되는 에너지 및 파장(두 개는 플랑크 방정식에 의해 서로 연결됨)을 갖는 단일 광자 광자가 방사선 재결합을 통해 생성됩니다.
비방사 재결합은 전자와 정공 재결합에 의해 생성된 에너지가 광자 대신 열을 발생시키는 또 다른 가능성입니다. 직접 밴드갭 반도체에서 이러한 비방사 재결합 프로세스에는 결함으로 인해 발생하는 중간 갭 전자 상태가 포함됩니다.
우리는 LED가 열보다는 빛을 방출하기를 원하기 때문에 비방사 재결합에 비해 복사 재결합의 비율을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이를 위한 한 가지 방법은 올바른 상황에서 재결합 중인 전자와 정공의 농도를 높이기 위해 다이오드의 활성 영역에 캐리어 제한 층과 양자 우물을 추가하는 것입니다.
비방사 재결합으로 이어지는 장치의 활성 영역에서 감소된 결함 농도는 또 다른 중요한 요소입니다. 전위는 비방사 재결합 중심의 주요 원인이기 때문에 광전자공학에서 중요한 역할을 합니다. 전위는 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있지만 저밀도를 달성하기 위해서는 LED의 활성 영역을 구성하는 n형 및 p형 층을 항상 격자 정합 기판에서 성장시켜야 합니다. 그렇지 않은 경우 결정 격자 구조의 변화를 설명하기 위해 전위가 추가됩니다.
따라서 LED 성능을 극대화하려면 비방사 재결합률에 비해 방사 재결합률을 높이면서 전위 밀도를 줄이는 것이 필요합니다.
LED UVC
자외선(UV) LED의 응용 분야에는 물 처리, 광학 데이터 저장, 통신, 생물학적 작용제 감지 및 폴리머 경화가 포함됩니다. 100nm에서 280nm 사이의 파장은 UV 스펙트럼의 UVC 부분이라고 합니다.
소독에 이상적인 파장은 260~270nm이며 파장이 길수록 살균 효율이 기하급수적으로 떨어집니다. 기존의 수은 램프와 비교하여 UVC LED는 유해 물질이 없고 주기 제한 없이 순간적으로 켜고 끌 수 있으며 집중 열 추출로 열 소비가 감소하고 내구성이 증가하는 등 많은 이점을 제공합니다.
UVC LED의 경우 단파장 방출(소독을 위한 260nm ~ 270nm)을 생성하려면 더 큰 알루미늄 몰 백분율이 필요하므로 재료의 개발 및 도핑이 까다롭습니다. 역사적으로 사파이어는 벌크 격자 정합 기판에 쉽게 접근할 수 없었기 때문에 III-질화물에 가장 널리 사용되는 기판이었습니다. 사파이어와 UVC LED의 Al 함량이 높은 AlGaN 구조 사이의 상당한 격자 불일치는 더 많은 비방사 재결합(결함)을 유발합니다.
두 기술 간의 차이는 더 높은 Ga 농도가 필요하기 때문에 AlN과의 격자 불일치가 더 큰 UVB 범위와 더 긴 파장에서 덜 두드러지는 것으로 보입니다. 이 효과는 Al 농도가 높을수록 악화되는 것으로 보이므로 사파이어 기반 UVC LED는 AlN 기반 UVC LED보다 280nm보다 짧은 파장에서 전력이 더 빨리 떨어지는 경향이 있습니다.
네이티브 AlN 기판에서의 유사형 성장은 265nm에서 최대 전력을 갖는 원자적으로 평평하고 결함이 적은 층을 생성하며, 이는 최대 살균 흡수에 해당하고 스펙트럼 의존 흡수 강도로 인한 불확실성의 영향을 줄입니다. 이것은 결함을 도입하지 않고 AlN에 맞도록 본질적인 AlGaN의 더 큰 격자 파라미터를 압축함으로써 달성됩니다.
BENWEI는 고품질 벌크 격자 정합 AlN 기판을 만들어 내부 흡수를 낮추고 내부 효율을 높였습니다. 이러한 기판은 Klaran UVC LED 및 제품 생산에 사용되는 살균 영역의 파장을 가진 더 높은 품질의 더 강력한 LED를 제공합니다.
