紫外發(fā)光二極管的發(fā)光原理
紫外發(fā)光二極管是指能發(fā)出近紫外光的一種發(fā)光二極管(LED)。它的發(fā)光原理同普通發(fā)光二極管一樣。
50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí),第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫。
它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于一個(gè)有引線的架子上,然后四周用環(huán)氧樹脂密封,起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。
發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片,在p型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層,稱為pN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的pN結(jié)中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。pN結(jié)加反向電壓,少數(shù)載流子難以注入,故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時(shí),半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
紫外發(fā)光二極管的技術(shù)特點(diǎn)
1)5mm的紫光均采用玻璃封裝、鍍鎳的合金外殼,進(jìn)一步提高了紫光的發(fā)光效率、降低了紫光的衰減,延長了使用壽命。
2)2個(gè)引腳均采用鍍金技術(shù)。
3)發(fā)光強(qiáng)度高。
4)質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。
紫外發(fā)光二極管的光源波長
1、紫色:
405nm-純紫色
400nm-深紫色
2、近紫外線光395nm-帶微紅的深紫色
UV-A型紫外線光
3、370nm-幾乎是不可見光,受木質(zhì)玻璃濾光時(shí)顯現(xiàn)出一個(gè)暗深紫色。
4、紫外光(UV)滅菌燈λρ=254nm或253.7nm
點(diǎn)光源λρ=365nm臭氧形成λρ=185nm以下
--真空紫外線(UV-V),波長為100-200nm
--短波紫外線(UV-C),波長為200-280nm
--中波紫外線(UV-B),波長為280-315nm
--長波紫外線(UV-A),波長為315-380nm
——可見光(Visiblelight),波長為400—760nm
紫外發(fā)光二極管的研制案例
美國科學(xué)家成功制造出波長255nm、功率0.57W以及波長250nm、功率0.16W的紫外發(fā)光二極管(LED)。該組件目前尚未封裝,該研究小組希望藉由覆晶接合(flip-chipbonding)能將功率等級(jí)提高3到5倍。此波段的極深紫外光(ultradeepultraviolet,UDUV)光源未來可能取代水銀燈泡,作為生物與化學(xué)傳感器的激發(fā)光源。
南卡羅來納大學(xué)的AsifKhan等人生長出含鋁量高達(dá)72﹪的高品質(zhì)AlGaN層,并以它們做為發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的批覆層(cladding),用來制造UDUV組件。研究人員采用藍(lán)寶石做為LED基板,沉積的第一層是AlN緩沖層,接著是十層的AlN/AlGaN超晶格(superlattice),接著是厚度1.4微米的Al0.72Ga0.28N批覆層。
該小組表示,選用鋁含量72﹪的AlGaN層是為了使材料在波長250nm時(shí)材料仍為透明,這一層是決定組件性能的關(guān)鍵。工作區(qū)(activeregion)包含3個(gè)量子井(quantumwells),改變鋁含量可使發(fā)射波長在250至200nm之間做調(diào)整。
研究人員在脈沖偏壓條件(pulsedbiasedconditions)下測(cè)試了波長為255nm的200平方微米的組件以及波長為250nm的150平方微米的組件,兩者的尖峰輸出功率對(duì)應(yīng)的激發(fā)電流分別為200mA與300mA,射極(emitter)的外部量子效率(externalquantumefficiencies)分別為0.015﹪及0.01﹪。
紫外發(fā)光二極管的應(yīng)用領(lǐng)域
紫外發(fā)光二極管廣泛應(yīng)用于:金屬裂痕、裂紋的檢測(cè),光觸媒光源,驗(yàn)鈔點(diǎn)鈔設(shè)備,防偽行業(yè),及醫(yī)療測(cè)量和生物統(tǒng)計(jì)安全性檢測(cè),液壓檢漏等等領(lǐng)域。