據外媒報導，美國南卡羅來納大學（the University of South Carolina）的科學家已開發出全球最小、最亮的深紫外 LED，晶片尺寸僅為 5 微米，波長為 281奈米。由這些晶片組成的 UVC LED 陣列亮度達 361W·cm-2。
據悉，在本世紀初，南卡羅來納大學的研究院隊就開始研發小型 UV LED 互聯陣列（interconnected arrays）。第一代 UV LED 畫素直徑為 25 微米，組成 10×10 的陣列，提升了光輸出功率，具有超高可靠性，並減少電流擁擠，主要以串聯電阻和輔助電流擴展為指標。
最近團隊研究深紫外光源結構，主要聚焦熱阻抗及畫素尺寸對發射功率的影響。
團隊發言人 Richard Floyd 透露，將深紫外 LED 尺寸縮小到 20 微米以內，不會增加大部分生產步驟的難度，也不需要專門設備。如研究團隊所有光刻步驟採用標準光阻劑光罩（Photoresist Masking）和 Karl Suss MJB-3 掩模對準器（Mask Aligner）。
為了保證整個晶圓均勻性，研究團隊調整 20 微米以下光刻曝光和顯影時間，同時改善 p 極歐姆接觸退火條件。
研究團隊將直徑為 90 微米的單畫素 LED 參照物與三個不同的陣列結構比較，分別是：36 個直徑為 15 微米的畫素陣列、81 個直徑為 10 微米的畫素陣列、324 個直徑為 5 微米的畫素陣列，間隙均為 5 微米。
▲ 左為 5 微米互聯畫素陣列（畫素間隙為 5 微米）。右為直流電流為 60mA 時的相同陣列。（Source：南卡羅來納大學）
通過晶圓上測量法（採用 500ns 脈沖和 0.05% 佔空比以最大程度降低器件的熱量）發現，帶有鋁散熱片的單個直徑 5 微米畫素，當驅動電流為 10.2kA·cm- 2 時，峰值亮度可達到 291W·cm-2，是上述提及 LED 參照物亮度的 30 倍。
三個不同陣列的研究結果顯示，得益於消除熱下垂的優越排熱技術，降低畫素尺寸可提升性能。相比單晶片參照物，324 個直徑為 5 微米的畫素陣列在連續波模式下，輸出功率提升 5 倍以上，脈沖模式下輸出功率可提升 15 倍以上。
透過本次研究，研究團隊發現，互聯微畫素陣列的外量子效率不會隨著尺寸縮小而降低，因此，研究者們有信心在不影響器件性能的條件下，開發出更小尺寸的深紫外 LED。
但要注意的是，研究結果也表明隨著器件尺寸縮小，熱阻抗會微幅降低，不過也僅有這個指標會受到影響。
目前，南卡羅來納大學研究團隊正在研究增強光提取效率的製程技術，期望利用獨立電子控制這些畫素。
據悉，本次的研究突破有助推動 UVC LED 在要求高劑量深紫外照射的應用更能與汞燈競爭。畢竟口罩消毒等部分應用場所，汞燈的毒性引發不少擔憂。
儘管當前 UVC LED 在光電轉換效率、性價比和壽命等技術指標方面還比不上汞燈，但技術不斷突破，終將推進 UVC LED 替代汞燈的進程。
（本文由 LEDinside 授權轉載；首圖來源：Unsplash）
