基于氮化镓半导体的深紫外发光二极管的发展情况及应用领域

时间： 2024-05-27 来源：誉鸿锦半导体公众号

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人类的生活就是长期与各类细菌共生与斗争的过程。如益生菌可以促进体内菌群平衡,从而让身体更健康，而有害的细菌将会引发导致诸多疾病。比如空调、加湿器、浴室、厨房等有水的地方打扫只要稍有懈怠，这些地方就会容易滋生细菌。

紫外杀菌原理

一、未来之光“深紫外线”
新一代的尖端技术“深紫外LED（发光二极管）”能释放出具有杀菌作用，而且肉眼看不到的光线。这种具有杀菌作用的光线，叫作深紫外线。在LED领域现在开发的主要是释放“UV-C”，即100～280nm（纳米，纳为10亿分之1）光线的类型。

在多种消毒技术中，利用深紫外光照射来消毒灭菌是最有效的方法之一，具有无色、无味和无化学残留等诸多优点。紫外线消毒原理是利用280nm以下的UVC波段高能深紫外光子直接破坏微生物（细菌、病毒和病原体）的DNA或RNA遗传物质，通过阻断其繁殖来实现高效快速的广谱灭菌效果。相比之下，其他波段的紫外光，如280nm以上的UVA和UVB波段，则最多只能起到抑菌效果，不具备杀灭细菌和病毒的能力。紫外光消毒实际是一项已经使用多年的技术，目前在医院和餐饮领域得到了广泛采用，但随着公共场所消毒需求的大幅度增加，该技术的发展也面临新的挑战：

1.传统的紫外消毒光源是以紫外汞灯为主，技术相对成熟，但存在以下问题，第一，汞（也称：水银）具有强烈的环境和生物毒害作用，中国是已开始生效的《水俣公约》签约国之一，根据该公约我国从2020年起须逐步禁止生产和进口含汞产品；第二：紫外汞灯普遍存在体积大、功耗高和寿命短（千小时量级）的缺点，难以在白色家电（如空气净化器和饮水器）领域大规模推广。

2. 基于氮化镓半导体的深紫外发光二极管（LED）/GaN深紫外芯片是紫外消毒光源的主流发展方向。由于其具备LED冷光源的全部潜在优势，深紫外LED是公认的未来替代紫外汞灯的绿色节能环保产品。但深紫外LED技术门槛很高，目前还是处于发展阶段，在光功率、光效、寿命、成本等方面还有待提升。近年来，深紫外LED的技术水平和芯片性能进步很快，在一些高端领域已经得到批量应用，相信类似于半导体照明白光LED的发展，深紫外LED未来也一定会得到广泛应用。

3. 在公共卫生应用领域，紫外消毒技术的有效性和安全性必须得到保障。一方面，对于不同的细菌和病毒要满足足够的紫外辐照剂量和时间，否则不能灭活；另一方面，深紫外光不能直接照射裸露的皮肤、眼睛，如果使用不当反而会对人造成严重伤害。由于深紫外光肉眼完全不可见，对其使用的有效性和安全性必须严加管控。因此，理论上讲，紫外净化设备必须加装紫外传感器，对紫外光的强度和辐照剂量进行实时测量，确保消毒灭菌过程的彻底和可靠，否则就会给用户带来很大的卫生隐患。

4. 现有紫外光强的检测和校准标准仍不规范；紫外光源厂家虚报功率值和寿命的现象时有发生，紫外光源的表面沾污和不良光学设计也会严重影响紫外光的输出效果；同时，传统的硅光电二极管对UVC波段的深紫外光响应度很低，且极易受背景白光和其他波段紫外光的干扰，不适合用于消毒紫外光的监测。近年来出现的基于第三代半导体材料的紫外传感芯片产品可以有效克服以上问题，并已经表现出卓越的性能，值得大规模推广应用。

GaN深紫外芯片

二、深紫外线发展情况

深紫外线的发展技术主要在美国、日本、韩国等国家。2014年，赤崎勇和天野浩因开发出蓝色LED而荣获诺贝尔物理学奖。凭借着诺贝尔技术源泉，日本目前站在了深紫外开发的最前沿。美国在深紫外的研究方面领先，具有代表性的企业是美国的SETI公司，但是近年有被日本超越的趋势，日本日机装(NIKKISO)从2015年春季开始量产发光波长为255～350nm的深紫外LED。

韩国厂商首尔半导体与LG Innotek也在研发紫外LED。同时日本信息通信研究机构（NICT）宣布，新开发的波长265nm的深紫外LED，实现了输出功率高达90mW/cm2的连续发光，这一功率足以满足实用化需求。为夺取成长市场，以通过提高发光效率、建立量产技术，实现成本化为目标，全球掀起了白热化的技术开发竞争。一马当先的是3家日本企业：日机装、旭化成和德山。

紫外LED芯片发光的波长越短，技术难度就越大，在深紫外LED芯片领域我国也有以江西誉鸿锦材料科技有限公司，至芯半导体为代表的优秀企业。

水银汞灯与UVC LED比较

三、应用领域

GermFalcon系统

根据美国航空权威媒体《Airport-technology》报道，为遏制新型冠状病毒（2019-nCov）的快速传播，美国洛杉矶国际机场（LAX）、旧金山国际机场（SFO）和纽约约翰·肯尼迪国际机场（JFK）已经启用了美国 Dimer UVC Innovations 公司的 UVC 紫外线杀菌机器人对所有进出港的飞机内舱进行全面杀菌消毒，以有效预防新型冠状病毒（2019-nCov）传播。其 GermFalcon 系统使用 UVC 紫外线消灭飞机内舱表面上和空气中的病毒、细菌和超级细菌，该系统的整体设计使飞机机舱的所有表面暴露在杀菌的 UVC 下。其核心光源采用了 GaN 紫外 LED 技术，使得机器人具备整体重量轻、功耗低、发光波段可控可调（对人体无害）的优点。

江西誉鸿锦材料科技有限公司历经十余年的技术沉淀和积累，坚持不懈地精进工艺研发，现阶段已经建成氮化镓器件从外延到封测的全产业链生产体系。相关氮化镓器件产品也将在各类终端应用方案中推向市场，以期获得行业用户的认可。

我们是第三代半导体产业的新成员，但是我们会一如既往地致力于全产业链工艺完善和创新，以优质的产品方案来回馈合作伙伴！为第三代半导体产品尽快完成国产替代这一目标作出应有贡献！

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