I ett brev publicerat i tidskriften ACS Photonics rapporterade forskarna om en mer elegant metod för att tillverka djupa-ultravioletta (UV-C) lysdioder av hög-kvalitet som innebär att en film av halvledarlegering aluminium galliumnitrid (AlGaN) på ett substrat av kiselkarbid (SiC) -- en avvikelse från det mer allmänt använda safirsubstratet.
Enligt Zollner möjliggör användning av kiselkarbid som substrat en mer effektiv och kostnadseffektiv tillväxt av hög-kvalitets UV-C-halvledarmaterial än att använda safir. Detta, förklarade han, beror på hur nära materialens atomstrukturer matchar varandra.
"Som en allmän tumregel, ju mer strukturellt lika (i termer av atomär kristallstruktur) substratet och filmen är till varandra, desto lättare är det att uppnå hög materialkvalitet", sa han. Ju bättre kvalitet, desto bättre är LED:s effektivitet och prestanda. Sapphire är olika strukturellt, och att producera material utan brister och felställningar kräver ofta komplicerade ytterligare steg. Kiselkarbid är inte en perfekt matchning, sa Zollner, men det möjliggör en hög kvalitet utan behov av kostsamma, ytterligare metoder.
Dessutom är kiselkarbid mycket billigare än det "ideala" aluminiumnitridsubstratet, vilket gör det mer massproduktionsvänligt-, enligt Zollner.
Bärbar, snabb-verkande vattendesinfektion var bland de primära tillämpningarna som forskarna hade i åtanke när de utvecklade sin UV-C LED-teknik; diodernas hållbarhet, tillförlitlighet och ringa formfaktor skulle förändra spelet i mindre utvecklade områden i världen där rent vatten inte är tillgängligt.
Uppkomsten av covid-19-pandemin har lagt till ytterligare en dimension. När världen tävlar om att hitta vacciner, terapier och botemedel mot sjukdomen, är desinfektion, dekontaminering och isolering de få vapen vi har att försvara oss, och lösningarna kommer att behöva distribueras över hela världen. Förutom UV-C för vattensaneringsändamål kan UV-C-ljus integreras i system som tänds när ingen är närvarande, sa Zollner.
"Detta skulle ge ett-lågpris, kemiskt-fritt och bekvämt sätt att sanera offentliga, detaljhandels-, personliga och medicinska utrymmen", sa han.
För tillfället är det dock ett spel av tålamod, eftersom Zollner och kollegor väntar ut pandemin. Forskningen vid UC Santa Barbara har saktat ner till en droppe för att minimera person-till-kontakt.
"Våra nästa steg, när forskningsaktiviteterna återupptas vid UCSB, är att fortsätta vårt arbete med att förbättra vår AlGaN/SiC-plattform för att förhoppningsvis producera världens mest effektiva UV-C-ljusstrålare", sa han.
Andra forskningsbidragsgivare inkluderar Burhan K. SaifAddin (huvudförfattare), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza och Feng Wu, alla från SSLEEC och/eller Department of Material vid UC Santa Barbara.
