Physikalischer Mechanismus der Lichtdämpfung von UVC LED-Chips

UVC-LED-Chip als eine effiziente, umweltfreundliche UV-Lichtquelle hat eine breite Anwendungsperspektive in den Bereichen bakterizide Desinfektion, Wasserreinigung und Medizin. Allerdings ist das Problem der Lichtdämpfung ein kritischer Engpässe gewesen, der ihre Entwicklung und Anwendung einschränkt. Ein tiefes Verständnis der physikalischen Mechanismen der Lichtdämpfung von UVC-LED-Chips ist wichtig, um seine Leistung zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern

Das Kernmaterial des UVC-LED-Chips sind breitbandige Halbleiter wie Galliumnitrid (AlGaN). Die Eigenschaftsänderungen des Materials selbst sind eine der wichtigsten Ursachen für die Verletzung der Lichtwirkung

Bei langen Arbeitsprozessen entwickeln sich Mängel in AlGaN-Materialien. Während des Kristallwachstums entstehen unvermeidlich native Mängel wie Leerplätze und Bitfehler, die sich unter der Wirkung von Stromündspritzung und erhöhter Temperatur bewegen, sammeln und vermehren. Die Bewegung eines leeren Platzes kann ein neues Zusammensetzungszentrum bilden, während die Zunahme von Bitfehlern zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der nicht-strahlenden Zusammensetzung des Trägers führt, wodurch die Anzahl der Träger, die ursprünglich für die Lichtemittierung verwendet wurden, verringert wird und somit die Lichteffizienz verringert wird

Darüber hinaus verschärft die Ungleichmäßigkeit der Materialzusammensetzung den Lichtverlust. Die ungleichmäßige Verteilung der Aluminium (Al)-Komponenten in AlGaN-Materialien kann zu Schwankungen der Bandbreite führen, die zu lokalen Fallen oder Barrieren führen. Der Träger wird während der Übertragung von diesen lokalen Momentanfeldern erfasst, was die Wahrscheinlichkeit einer nicht-strahlenden Zusammensetzung erhöht, was zu einer geringeren Lichteffizienz führt. Darüber hinaus kann die ungleichmäßige Komponente auch die optischen Eigenschaften des Materials beeinflussen, so dass die Leuchtwellenlänge driftet und die Leuchteffizienz des Geräts weiter verringert wird

UVC-LED-Chips verwenden in der Regel eine Struktur mit mehreren Quantenfällen, die ein Schlüsselbereich für die Erzielung einer effizienten Lichtemittanz sind, und die Qualität der heterogenen Schnittstelle hat einen wichtigen Einfluss auf die Leistung der Quantenfälle

Die Unpassung des Gitters an der Schnittstelle des heterogenen Knotens verursacht Spannungen, die während eines langen Arbeitsprozesses zu Mängeln an der Schnittstelle führen. Diese Schnittstellenfehler werden zum Komplexzentrum des Trägers, wodurch eine nicht-strahlende Komplexion stattfindet, bevor der Träger die Quantenfälle erreicht, was die Lichteffizienz der Quantenfälle verringert. Gleichzeitig können Schnittstellenfehler auch die Übertragung des Trägers zwischen heterogenen Knoten beeinflussen, was den Übertragungswiderstand des Trägers erhöht und den Lichtverlust weiter verschärft

Die Verschlechterung der Quantenfällenstruktur ist auch ein wichtiger Faktor, der zur Verringerung der Lichteffizienz führt. Unter der Wirkung von Strom und Temperatur ändern sich die Breite und Tiefe der Quantenfalle. Die Erhöhung der Breite der Quantenfalle führt zu einer Schwächung der begrenzenden Wirkung des Trägers, wodurch sich mehr Träger außerhalb der Quantenfalle ausbreiten und nicht-strahlende Zusammensetzungen auftreten; Die Verringerung der Tiefe der Quantenfalle verringert die Wahrscheinlichkeit der Strahlungszusammensetzung des Trägers, was zu einer geringeren Lichteffizienz führt

Die Elektrode ist ein wichtiger Bestandteil der Stromündspritzung in UVC-LED-Chips, deren Leistungsverlust sich direkt auf die Lichteffizienz des Chips auswirkt

Während des langen Arbeitsprozesses wird das Elektrodenmaterial oxidiert, migriert und diffundiert. Die Oxidation der Elektrode führt zu einer Erhöhung ihres Widerstands, was die Schwierigkeit der Injektion von Strom erhöht, wodurch der Arbeitsstrom des Chips verringert wird und somit die Lichtausgangsleistung verringert wird. Die Migration und Diffusion von Elektrodenmaterialien kann auch zu einer Änderung der Elektrodenform führen, die den Kontakt zwischen der Elektrode und dem Halbleitermaterial stört und die gleichmäßige Einspritzung des Stroms weiter beeinflusst

Die Degradation des Ohm-Kontakts ist auch eine wichtige Ursache für die Lichtdämpfung. Der Ohmkontakt ist der Schlüssel zur Erreichung eines niedrigen Widerstandskontakts zwischen der Elektrode und dem Halbleitermaterial, dessen Qualität sich direkt auf die Injektionseffizienz des Stroms auswirkt. Während des langen Arbeitsprozesses treten thermische Alterungen und chemische Veränderungen in den Ohm-Berührungsbereichen auf, was zu einem erhöhten Berührungswiderstand führt. Die Erhöhung des Kontaktwiderstands führt dazu, dass der Strom während des Injektionsprozesses mehr Joule-Wärme erzeugt, was nicht nur die Lichteffizienz des Chips verringert, sondern auch zu einer erhöhten Temperatur des Chips führt und den Abbau anderer Komponenten beschleunigt

Die Arbeitsumgebung von UVC-LED-Chips hat auch einen wichtigen Einfluss auf die Lichtdämpfung

Die Temperatur ist einer der entscheidenden Faktoren, die die Leistung von UVC-LED-Chips beeinflussen. Während der Arbeit des Chips wird eine große Menge an Wärme erzeugt, und wenn die Wärme schlecht abgekühlt wird, führt dies zu einer erhöhten Temperatur des Chips. Hoche Temperaturen verschärfen die Fehlerentwicklung in den Materialien, die Degradation der Quantenfällenstruktur und die Degradationsgeschwindigkeit des Elektroden- und Ohmkontakts. Gleichzeitig erhöht die hohe Temperatur auch die Wahrscheinlichkeit der nicht-strahlenden Zusammensetzung des Trägers und verringert die Lichteffizienz

Feuchtigkeit und korrosive Gase können sich auch negativ auf die Leistung von UVC-LED-Chips auswirken. Eine höhere Luftfeuchtigkeit kann zu einer Oxidation und Korrosion der Oberfläche des Chips führen, die die Oberflächenstruktur des Chips zerstört und die Effizienz der Lichtextraktion beeinflusst. Das korrosive Gas reagiert chemisch mit dem Chipmaterial, was zu einer Verschlechterung der Materialeigenschaften führt und die Lichteffizienz des Chips beeinflusst

Zusammenfassend ist die Lichtdämpfung von UVC-LED-Chips ein komplexer physikalischer Prozess, der verschiedene Aspekte wie Veränderungen der Materialeigenschaften, die Degradation der heterogenen Schnittstelle und der Quantenfällstruktur, die Degradation des Elektroden-Ohm-Kontakts und äußere Umweltfaktoren umfasst. Eine tiefgehende Untersuchung dieser physikalischen Mechanismen ist eine wichtige Leitlinie für die Entwicklung leistungsstarker, langlebiger UVC-LED-Chips. In Zukunft werden Maßnahmen wie die Optimierung des Materialwachstumsprozesses, die Verbesserung des Gerätekonstruktionsdesigns und die Verbesserung der Verpackungs- und Wärmeabkühlungsleistungen erwartet, die Lichtdämpfung von UVC-LED-Chips effektiv zu unterdrücken und ihre breite Anwendung in mehr Bereichen zu fördern