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消杀行业报告:UVC(短波紫外线)杀菌消毒(20页)

行业报告下载 2020-07-27 7 管理员

目前用于杀菌消毒的紫外光源主要有两种:传统汞灯和紫外 LED。汞灯是目前紫外线消毒、 固化与曝光最主流的产品,这种灯的原理很简单,阴极射线管打出的高能电子激发汞蒸汽 的原子呈激发态,激发态电子回到基态放出紫外光,如果外面涂上红绿蓝 RGB 的荧光粉, 就是日光灯或节能灯。紫外 LED 是利用半导体发光原理来制造 UV 波段的光源,通过利用 铝銦镓氮材料的配比变化,可以做出各种不同波段的紫外线与可见光。与紫外 LED 相比,传统汞灯有一些缺点:尺寸较大;启动时间长,无法做到即开即用;易 碎,使用寿命短;剧毒,破裂后会造成汞泄漏,污染环境,严重危害人体健康。相比于传 统汞灯的诸多缺点,深紫外半导体具有明显的政策优势和技术优势,在各种不同的杀菌消 毒方式中,只有深紫外半导体同时具备节约能源、即开即用、节省空间、无毒无害、寿命 长、无刺激性气味等优异特性。因此,深紫外半导体成为了新的环保、高效紫外光源的不 二之选。 1.4. UVC 半导体工艺改进方向明晰,技术难题不断突破 深紫外半导体的工艺与普通 LED 的工艺大体相同,但由于 UV-LED 的发光材料不同,因此 选取的发光材料和封装形式会有一定区别。UVC 半导体芯片可分为衬底和外延层两部分: 衬底通常沿用蓝光 LED 芯片所采用的蓝宝石衬底,外延层包括 AlN 模板层、N 型 AlGaN 层、多量子阱发光层、电子阻挡层和 P 型 GaN 接触层。芯片工艺,通过光刻、刻蚀漏出 N 型接触层, 通过蒸镀以及合金,N 型、P 型与电极形成欧姆接触,然后通过减薄、裂片, 对小芯粒进行分选,倒装到绝缘的硅片上。

深紫外半导体由于发射的光谱波长通常小于 300nm,封装方式的选择会影响出光效率,而 透镜封装和非透镜封装对紫外 LED 的出光影响尤其很大,所以制作工艺上对封装有较高要 求,常用的封装形式包括覆晶封装(FLIP FLOP)、板上芯片封装(COB)和模组式封装 (MODEUL)。经过 10 多年研究和发展,280 nm 以下的深紫外半导体外量子效率已超过 5%,对应发光功 率大于 5 mW,寿命达 5 000 h。功率的提升推动应用领域的发展,但相较于技术十分成熟 的蓝光 LED,UVC 半导体存在芯片外延生长困难、封装材料易老化、光提取效率较低等三 个主要问题。因而后续对这些弱点的克服,推进相关技术改进是其发展的重点。 结合 UVC 半导体的使用特点与工艺流程,目前 UVC 半导体有四个努力方向:改进 UVC 半 导体外延工艺、提升杀菌效率、改善散热、降低成本。  提高 UVC 半导体芯片性能:目前 UVC 半导体芯片外延工艺主要存在缺陷位错密度高、 电子注入率低、光提取效率较低等问题。对于缺陷位错密度高的问题,解决方案为 NH3 脉冲流多层 AIN 生长技术、纳米图案蓝宝石衬底、AIN 衬底等;对于电子注入率 低,可采用硅、镁掺杂技术、梯度掺杂技术、脉冲掺杂技术等技术解决;对于光提取 效率较低的问题,可采用倒装芯片技术、透明接触层和反射层的结构优化方案。总之, UVC 半导体外延工艺的难点问题逐渐得到解决。

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