I et brev offentliggjort i tidsskriftet ACS Photonics rapporterede forskerne en mere elegant metode til fremstilling af dyb ultraviolette (UV-C) lysdioder af høj kvalitet, der involverer deponering af en film af halvlederlegeringen aluminium galliumnitrid (AlGaN) på et substrat af siliciumcarbid (SiC) - en afvigelse fra det mere udbredte safirsubstrat.
Ifølge Zollner giver brugen af siliciumcarbid som substrat mulighed for mere effektiv og omkostningseffektiv vækst af UV-C halvledermateriale af høj kvalitet end ved hjælp af safir. Dette, forklarede han, skyldes, hvor tæt materialernes atomare strukturer stemmer overens.
"Som en generel tommelfingerregel, jo mere strukturelt ens (med hensyn til atomkrystalstruktur) substratet og filmen er for hinanden, jo lettere er det at opnå høj materialekvalitet," sagde han. Jo bedre kvalitet, jo bedre LED's effektivitet og ydeevne. Safir er forskellig strukturelt, og produktion af materiale uden fejl og fejljusteringer kræver ofte komplicerede yderligere trin. Siliciumcarbid er ikke et perfekt match, sagde Zollner, men det muliggør en høj kvalitet uden behov for dyre, yderligere metoder.
Derudover er siliciumcarbid langt billigere end det "ideelle" aluminiumnitridsubstrat, hvilket gør det mere masseproduktionsvenligt, ifølge Zollner.
Bærbar, hurtigtvirkende vanddesinfektion var blandt de primære anvendelser, forskerne havde i tankerne, da de udviklede deres UV-C LED-teknologi; diodernes holdbarhed, pålidelighed og lille formfaktor ville være en game changer i mindre udviklede områder af verden, hvor rent vand ikke er tilgængeligt.
Fremkomsten af covid-19-pandemien har tilføjet en anden dimension. Mens verden kæmper for at finde vacciner, terapier og kure mod sygdommen, er desinfektion, dekontaminering og isolation de få våben, vi har til at forsvare os selv, og løsningerne skal implementeres over hele verden. Ud over UV-C til vandrensningsformål kunne UV-C-lys integreres i systemer, der tændes, når ingen er til stede, sagde Zollner.
"Dette ville give en billig, kemikaliefri og bekvem måde at desinficere offentlige, detail-, personlige og medicinske rum på," sagde han.
I øjeblikket er det dog et spil tålmodighed, da Zollner og kolleger venter på pandemien. Forskning ved UC Santa Barbara er bremset til en trickle for at minimere person-til-person kontakt.
"Vores næste skridt, når forskningsaktiviteterne genoptages på UCSB, er at fortsætte vores arbejde med at forbedre vores AlGaN / SiC-platform for forhåbentlig at producere verdens mest effektive UV-C-lysudledere," sagde han.
Andre forskningsbidragydere omfatter Burhan K. SaifAddin (hovedforfatter), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza og Feng Wu, alle fra SSLEEC og / eller Institut for Materialer ved UC Santa Barbara.
