In einem Brief, der in der Zeitschrift ACS Photonics veröffentlicht wurde, berichteten die Forscher über eine elegantere Methode zur Herstellung hochwertiger tiefultravioletter (UV-C) LEDs, bei der ein Film der Halbleiterlegierung Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) auf ein Substrat aus Siliziumkarbid (SiC) abgeschieden wird - eine Abkehr vom weiter verbreiteten Saphirsubstrat.
Laut Zollner ermöglicht die Verwendung von Siliziumkarbid als Substrat ein effizienteres und kostengünstigeres Wachstum von hochwertigem UV-C-Halbleitermaterial als die Verwendung von Saphir. Dies, erklärte er, liegt daran, wie eng die atomaren Strukturen der Materialien übereinstimmen.
"Als Faustregel gilt: Je strukturell ähnlicher (in Bezug auf die atomare Kristallstruktur) das Substrat und der Film zueinander sind, desto einfacher ist es, eine hohe Materialqualität zu erreichen", sagte er. Je besser die Qualität, desto besser die Effizienz und Leistung der LED. Saphir ist strukturell unähnlich, und die Herstellung von Material ohne Fehler und Fehlausrichtungen erfordert oft komplizierte zusätzliche Schritte. Siliziumkarbid passt nicht perfekt zusammen, sagte Zollner, aber es ermöglicht eine hohe Qualität, ohne dass kostspielige, zusätzliche Methoden erforderlich sind.
Zudem sei Siliziumkarbid deutlich günstiger als das "ideale" Aluminiumnitrid-Substrat, was es damit massenproduktionsfreundlicher mache, so Zollner.
Die tragbare, schnell wirkende Wasserdesinfektion gehörte zu den Hauptanwendungen, die die Forscher bei der Entwicklung ihrer UV-C-LED-Technologie im Sinn hatten. Die Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und der kleine Formfaktor der Dioden wären ein entscheidender Faktor in weniger entwickelten Gebieten der Welt, in denen sauberes Wasser nicht verfügbar ist.
Das Auftreten der COVID-19-Pandemie hat eine weitere Dimension hinzugefügt. Während die Welt darum wetteifert, Impfstoffe, Therapien und Heilmittel für die Krankheit zu finden, sind Desinfektion, Dekontamination und Isolation die wenigen Waffen, die wir verteidigen müssen, und die Lösungen müssen weltweit eingesetzt werden. Zusätzlich zu UV-C für Wasseraufbereitungszwecke könnte UV-C-Licht in Systeme integriert werden, die sich einschalten, wenn niemand anwesend ist, sagte Zollner.
"Dies würde eine kostengünstige, chemikalienfreie und bequeme Möglichkeit bieten, öffentliche, Einzelhandels-, persönliche und medizinische Räume zu desinfizieren", sagte er.
Im Moment ist es jedoch ein Spiel der Geduld, während Zollner und Kollegen die Pandemie abwarten. Die Forschung an der UC Santa Barbara hat sich zu einem Rinnsal verlangsamt, um den Kontakt von Mensch zu Mensch zu minimieren.
"Unsere nächsten Schritte, sobald die Forschungsaktivitäten an der UCSB wieder aufgenommen werden, bestehen darin, unsere Arbeit an der Verbesserung unserer AlGaN / SiC-Plattform fortzusetzen, um hoffentlich die effizientesten UV-C-Lichtemittenten der Welt zu produzieren", sagte er.
Weitere Forschungsmitarbeiter sind Burhan K. SaifAddin (Hauptautor), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza und Feng Wu, alle von SSLEEC und / oder dem Department of Materials an der UC Santa Barbara.
