С длинами волн от 200 до 280 нанометров эта особая форма УФ-света проникает через мембраны вирусов, бактерий, плесени и пылевых клещей, поражая их ДНК и убивая их. Санитарная обработка УФ-светом применяется уже более 100 лет после открытия Нильсом Финсеном УФ-света как противоядия от туберкулеза, которое принесло фарерско-датскому врачу Нобелевскую премию по медицине 1903 года.
В настоящее время большинство ламп глубокого УФ-излучения основаны на ртути. Они представляют угрозу для окружающей среды, являются громоздкими и неэффективными. Исследовательская группа Корнелла, возглавляемая Хуйли (Грейс) Син и Дебдип Йена, вместе с сотрудниками из Университета Нотр-Дам, сообщила о прогрессе в создании меньшей, более экологичной альтернативы.
Используя атомно-контролируемые тонкие монослои нитрида галлия (GaN) и нитрида алюминия (AlN) в качестве активных областей, группа продемонстрировала способность производить глубокое УФ-излучение с помощью светодиода (LED) с длиной волны от 232 до 270 нанометров. Их 232-нанометровое излучение представляет собой самую короткую зарегистрированную длину волны с использованием GaN в качестве светоизлучающего материала. Предыдущий рекорд был 239 нанометров, установлен группой из Японии.
«Выращенные методом MBE светодиоды с длиной волны 232–270 нм с использованием однослойных тонких бинарных квантовых гетероструктур GaN / AlN» были опубликованы в Интернете в январе. 27 в письмах по прикладной физике.
Постдокторант С.М. (Мудуд) Ислам, ведущий автор, сказал: «УФ-С свет очень привлекателен, потому что он может разрушить ДНК видов, вызывающих инфекционные заболевания, которые вызывают загрязнение воды и воздуха."
Одной из основных проблем с ультрафиолетовыми светодиодами является эффективность, которая измеряется в трех областях: эффективность инжекции — доля электронов, проходящих через устройство, которые инжектируются в активную область; внутренняя квантовая эффективность (IQE) — доля всех электронов в активной области, которые производят фотоны или УФ-свет; и эффективность вывода света — доля фотонов, генерируемых в активной области, которые могут быть извлечены из устройства и действительно полезны.
"Если у вас 50-процентная эффективность всех трех компонентов … умножьте все это, и вы получите одну восьмую », — сказал Ислам. "Вы уже упали до 12% эффективности."
В диапазоне глубокого ультрафиолета страдают все три фактора эффективности, но эта группа обнаружила, что при использовании нитрида галлия вместо обычного нитрида алюминия-галлия повышаются как IQE, так и эффективность извлечения света.
Эффективность инжекции повышается за счет использования схемы легирования, индуцированного поляризацией, как для отрицательных (электронов), так и для положительных (дырочных) областей носителей — метод, который группа исследовала в предыдущей работе.
Теперь, когда группа доказала свою концепцию повышения эффективности светодиодов глубокого УФ-излучения, ее следующая задача — упаковать их в устройство, которое однажды может появиться на рынке. Светодиоды глубокого ультрафиолета используются, в частности, для консервирования продуктов питания и обнаружения фальшивых банкнот.
Дальнейшее исследование будет включать упаковку как новой технологии, так и существующих технологий в аналогичные устройства, с целью сравнения.
«Что касается количественной оценки эффективности, мы действительно хотим упаковать его в течение следующих нескольких месяцев и протестировать, как если бы это был продукт, и попытаться сравнить его с продуктом с одной из доступных технологий», — сказала Йена.