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年07月27日 08:49 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。