中科院在石墨烯上外延深紫外LED研究中取得新進(jìn)展

UV LED可以廣泛應(yīng)用于殺毒、消菌、印刷和通信等領(lǐng)域，國際水俁公約的提出，促使UV LED的全面應(yīng)用更是迫在眉睫，但是高昂的技術(shù)成本嚴(yán)重限制了UV LED的應(yīng)用。UV LED商業(yè)化是否就此止步？——當(dāng)然不會(huì)！

中科院在石墨烯上外延深紫外LED研究中取得新進(jìn)展

III族氮化物由于其寬的直接帶隙與優(yōu)異的穩(wěn)定性，被廣泛用于發(fā)光二極管（LED）、激光器和大功率/高頻電子器件。其中，高品質(zhì)氮化鋁（AlN）薄膜的生長(zhǎng)與深紫外LED的構(gòu)筑是目前氮化物領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。目前，AlN薄膜主要是通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）的方法異質(zhì)外延生長(zhǎng)在c-藍(lán)寶石、6H-SiC和Si（111）襯底上。然而，AlN與襯底之間存在較大的晶格失配與熱失配，使得外延層中存在較大的應(yīng)力與較高的位錯(cuò)密度，顯著降低器件性能。與此同時(shí)，AlN前驅(qū)體在這類襯底上遷移勢(shì)壘較高，浸潤(rùn)性較差，傾向于三維島狀生長(zhǎng)，需要一定的厚度才可以實(shí)現(xiàn)融合，增加了時(shí)間成本。

二維原子晶體材料有助于實(shí)現(xiàn)單晶薄膜的范德華外延生長(zhǎng)。其中，石墨烯具有平整的表面，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可以承受很高的生長(zhǎng)溫度，是非常理想的外延生長(zhǎng)緩沖層。AlN在石墨烯緩沖層上的生長(zhǎng)有望不受晶格失配的限制，可以有效釋放應(yīng)力、降低位錯(cuò)密度，獲得高品質(zhì)薄膜，甚至可以解決大功率器件的散熱問題。與此同時(shí)，前驅(qū)體在石墨烯表面具有較低的遷移勢(shì)壘，可以加速橫向外延生長(zhǎng)，在較低的厚度下即可得到平整薄膜。然而，由于石墨烯表面能低，AlN在石墨烯上成核困難，限制了單晶薄膜的生長(zhǎng)。

日前，北京大學(xué)劉忠范院士的納米化學(xué)研究中心團(tuán)隊(duì)和中科院半導(dǎo)體所李晉閩研究員的半導(dǎo)體照明中心團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出了石墨烯/藍(lán)寶石新型外延襯底，并提出了等離子體預(yù)處理改性石墨烯，促進(jìn)AlN薄膜生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)深紫外LED的新策略。在該工作中，研究人員利用CVD的方法，獲得了新型外延襯底——石墨烯/藍(lán)寶石襯底，此方法避免了石墨烯轉(zhuǎn)移過程中的污染、破損問題，目前已經(jīng)在北京石墨烯研究院實(shí)現(xiàn)了小批量規(guī)?；苽?。通過DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)等離子體預(yù)處理向石墨烯中引入的吡咯氮，可以有效促進(jìn)AlN薄膜的成核生長(zhǎng)。在較短的時(shí)間內(nèi)即可獲得高品質(zhì)AlN薄膜，其具有極低的應(yīng)力，較低的位錯(cuò)密度，構(gòu)筑的深紫外LED器件表現(xiàn)出了良好的器件性能。

該成果以題為“Improved Epitaxy of AlN Film for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Enabled by Graphene”發(fā)表在Advanced Materials上。

圖1 藍(lán)寶石上石墨烯的生長(zhǎng)與等離子體預(yù)處理

a) 兩英寸石墨烯/藍(lán)寶石襯底的實(shí)物照片，b) 石墨烯薄膜的光學(xué)顯微鏡照片，c) 石墨烯的邊緣層數(shù)，d) 石墨烯的原子像，e) 石墨烯薄膜在經(jīng)過氮等離子體預(yù)處理前后的拉曼光譜，f) 石墨烯經(jīng)氮等離子體處理后的C1s XPS譜圖，g) N1s XPS 譜圖，h) Al原子與氮等離子體預(yù)處理引入的吡咯N的吸附能，i) 石墨烯與AlN薄膜界面的差分電荷分布圖，j) 與N不同近鄰位置Cπ軌道態(tài)密度。

圖2AIN薄膜在石墨烯/藍(lán)寶石襯底上的快速生長(zhǎng)

a) AlN薄膜在等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上的生長(zhǎng)過程示意圖，AlN優(yōu)先在N缺陷位置處成核，前驅(qū)體在石墨烯薄膜上快速遷移，促進(jìn)AlN橫向生長(zhǎng)，在短時(shí)間內(nèi)獲得平整薄膜，

b) AlN在等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上成核階段的AFM圖，

c) AlN在傳統(tǒng)藍(lán)寶石襯底和等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上成核密度與尺寸分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，

d) 在等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上獲得的AlN 薄膜的SEM圖，

e) 在等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上獲得的AlN 薄膜的AFM圖，

f) 在傳統(tǒng)藍(lán)寶石襯底和等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上獲得的AlN薄膜的Raman表征，證明石墨烯可以有效釋放應(yīng)力，

g) 等離子體預(yù)處理的石墨烯/藍(lán)寶石襯底上（0002）AlN薄膜的XRD 搖擺曲線，證明石墨烯可以有效降低位錯(cuò)密度。

圖3 AIN與石墨烯/藍(lán)寶石襯底的外延關(guān)系

a) AlN/Graphene/Al2O3的XRD-φ掃描，

b) AlN/Graphene/Al2O3界面的選區(qū)電子衍射，AlN晶胞相比于Al2O3晶胞旋轉(zhuǎn)30°，

c) AlN/Graphene/Al2O3的界面結(jié)構(gòu)示意圖，

d) AlN/Graphene/Al2O3界面STEM圖，

e) 與(d)圖相對(duì)應(yīng)的Al元素的EDS面掃描結(jié)果，

f) 原子分辨的AlN/Graphene/Al2O3界面，可以看到石墨烯存在。

圖4 石墨烯基深紫外LED器件構(gòu)筑與性能

a) 石墨烯基深紫外LED器件結(jié)構(gòu)示意圖，

b) 石墨烯基深紫外LED結(jié)構(gòu)XRD搖擺曲線，

c) 有無石墨烯構(gòu)筑的深紫外LED的電致發(fā)光譜，

d) 有無石墨烯構(gòu)筑的深紫外LED的I-V曲線，

e) 有無石墨烯構(gòu)筑的深紫外LED的光輸出功率隨注入電流變化曲線，

f) 石墨烯基深紫外LED在不同注入電流下的歸一化發(fā)光光譜。

該工作成功的實(shí)現(xiàn)了AlN薄膜在石墨烯/藍(lán)寶石襯底上的準(zhǔn)范德華外延生長(zhǎng)，并構(gòu)筑了高性能石墨烯基深紫外LED器件。DFT計(jì)算表明，在AlN生長(zhǎng)之前，等離子體處理引入的吡咯N可以極大地促進(jìn)AlN成核的成核能力并提高生長(zhǎng)速率。單層石墨烯的存在沒有改變藍(lán)寶石襯底與AlN薄膜的外延關(guān)系，保證了單晶薄膜的生長(zhǎng)，而且由于較弱的界面相互作用有效地降低了AlN薄膜的位錯(cuò)密度與應(yīng)力。構(gòu)筑的深紫外LED具有極低的開啟電壓，較高的輸出功率和出色的可靠性。相比于傳統(tǒng)工藝，此方法還省略了低溫緩沖層，節(jié)省MOCVD生長(zhǎng)機(jī)時(shí)，降低成本。該工作為AlN薄膜的生長(zhǎng)提供了新思路，并為石墨烯的大規(guī)模關(guān)鍵應(yīng)用提供了切實(shí)可行的方法。（來源于微信公眾號(hào)Wiley威立）

RayVio 的UVB LED，有助于銀屑病和白癜風(fēng)治療

據(jù)報(bào)道，RayVio的XR 308 nm中波紫外線LED是改善銀屑病和白癜風(fēng)治療方案的關(guān)鍵。

RayVio首席創(chuàng)新官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Yitao Liao表示：“紫外線治療銀屑病和白癜風(fēng)的方法一直受限于設(shè)備的規(guī)模和成本以及對(duì)周圍健康組織的風(fēng)險(xiǎn)。準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)解決了治療靶向問題可避免損害健康皮膚，但是設(shè)備較大且價(jià)格非常昂貴。而我們的308nm紫外線LED則可應(yīng)用于便捷攜帶的小型手持設(shè)備?！?/p>

RayVio的單顆LED封裝在308 nm波段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最高300 mW的創(chuàng)記錄光輸出功率，并且已經(jīng)向客戶提供該型號(hào)的測(cè)試樣品。RayVio不斷深化研究UVB LED在光療和光照補(bǔ)充維生素D方面的應(yīng)用，公司計(jì)劃在2019年內(nèi)推出一款更加強(qiáng)大的293 nm UVB LED產(chǎn)品。

據(jù)悉，RayVio在UVB紫外線應(yīng)用領(lǐng)域的工作是對(duì)其領(lǐng)先的深紫外線UVC LED殺菌技術(shù)的補(bǔ)充。RayVio的UVC LED為水質(zhì)凈化等消毒滅菌應(yīng)用提供業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的性能。（來源：美通社）

日亞化宣布推出新型深紫外LED

日前，日亞化（Nichia）宣布推出新型深紫外LED，零件號(hào)NCSU334A。

日亞化多年來在UVA LED方面取得了很大的成功，特別是在常規(guī)的樹脂固化應(yīng)用中。

日亞化的這款新型280nm UVC NCSU334A能夠利用固態(tài)照明解決大眾市場(chǎng)對(duì)水凈化和空氣消毒的目標(biāo)。NCSU334A體積?。?.8mm x 6.8mm）、性能強(qiáng)（350mA時(shí)典型光功率為55mW），可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化和長(zhǎng)壽命解決方案。

傳統(tǒng)的UVC LED（200-280nm）具有比UVA LED（365-405nm）更復(fù)雜的晶體生長(zhǎng)和更短壽命的問題。與傳統(tǒng)的紫外燈相比，NCSU334A可以顯著延長(zhǎng)使用壽命。此外，該LED采用新開發(fā)的密封封裝，不易受外部環(huán)境條件的影響，因此可用于各種惡劣環(huán)境。

日亞化希望這款LED有助于完全替代汞燈。未來，日亞化將繼續(xù)提高其UVC LED產(chǎn)品組合的性能，利用固態(tài)照明的特點(diǎn)創(chuàng)造一個(gè)新的深紫外線市場(chǎng)。（編譯:LEDinside James）

一款采用UV石英紫外線燈管的除螨吸塵器

4月17日，小米有品上架了一款美的除螨吸塵器，具備高頻拍打，紫外線除螨，7.5千帕大吸力，90度旋轉(zhuǎn)手柄，1.3kg輕體重，無線除螨等特色，售價(jià)699元。

圖片來源：小米有品

美的除螨吸塵器每分鐘11000次高頻拍打，滲透床墊被褥深層，由里到外層層振出塵螨，從根源除螨。官方稱，經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，殺菌除螨率99.99%。

其采用UV石英紫外線燈管，能夠有效殺死螨蟲和細(xì)菌，并有紫外線保護(hù)裝置，做到了離開床單時(shí)自動(dòng)燈滅。美的除螨吸塵器三圍尺寸280x114x198mm，僅重1.3kg，久用不累。長(zhǎng)方造型，邊角沙發(fā)縫，都能清掃無遺漏。

圖片來源：小米有品

與此同時(shí)，高達(dá)7500Pa的強(qiáng)大吸力，螨蟲瞬間被吸走，吸走塵螨、頭發(fā)皮屑。雙重海綿過濾將過敏原和塵螨臟污密封在塵盒，防止二次污染。內(nèi)置2000mAh電池，續(xù)航20分鐘，最大噪音70dB（A）。（來源：快科技）

國星光電全面布局UV LED

去年8月，國星光電正式成立了非視覺光源事業(yè)部，聚焦紅外、紫外、動(dòng)植物光照等細(xì)分領(lǐng)域。UV LED領(lǐng)域方面，國星光電在UVA/UVB/UVC上已全面布局，自2016年以來，陸續(xù)推出近紫外LED、深紫外LED及模組，產(chǎn)品波長(zhǎng)范圍寬、可靠性高，市場(chǎng)上反饋良好，目前已與多家知名廠商建立了合作伙伴關(guān)系。

國星UV LED產(chǎn)品包括誘蚊、美甲系列，工業(yè)固化系列，殺菌、光療、凈化系列，產(chǎn)品波段范圍廣、功率范圍廣、兼容性強(qiáng)、散熱性能佳、環(huán)境耐久性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用在殺菌、光療、固化、光觸媒、植物生長(zhǎng)、誘蚊、美甲等領(lǐng)域。

國星UV LED系列產(chǎn)品，采用高可靠性材料、卓越的封裝工藝，具有更低的熱阻、更高的出光、更好的氣密性。以硅膠3535系列為例，其結(jié)合納米封裝技術(shù)，極大的降低了器件的熱阻，熱阻比常規(guī)封裝產(chǎn)品降低40%以上，器件散熱更好，壽命更長(zhǎng)。同時(shí)設(shè)計(jì)更合理的一次透鏡封裝，光功率比常規(guī)產(chǎn)品提升6%以上。

一直以來，國星光電圍繞“技術(shù)高精尖化”的戰(zhàn)略布局，積極儲(chǔ)備前瞻技術(shù)、布局新興細(xì)分領(lǐng)域。未來，國星光電將進(jìn)一步豐富UV LED產(chǎn)品，更深入推進(jìn)UV LED產(chǎn)品在殺菌、光療、誘蚊、美甲、工業(yè)固化等領(lǐng)域的全面應(yīng)用，為市場(chǎng)提供更加專業(yè)的解決方案和高品質(zhì)的產(chǎn)品，推動(dòng)UV LED在日常生活中廣泛應(yīng)用。

UV LED應(yīng)用前景廣闊

近年來，外部環(huán)境復(fù)雜，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，新技術(shù)不斷突破，LED新型領(lǐng)域不斷發(fā)展。伴隨著LED行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的不斷拓展，UV LED成為細(xì)分領(lǐng)域的新藍(lán)海，受到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，吸引了各大廠商投資布局。根據(jù)LEDinside研究報(bào)告顯示，UV LED市場(chǎng)產(chǎn)值于2017年成長(zhǎng)至2.23億美金，預(yù)估2022年將會(huì)到達(dá)12.24億美金，2017-2022年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)33%。除固化市場(chǎng)穩(wěn)定成長(zhǎng)之外，表面殺菌、靜止水殺菌、流動(dòng)水殺菌為未來五年（2018-2022）主要成長(zhǎng)動(dòng)能。

提到UV LED大家并不陌生，UV LED是指發(fā)光波長(zhǎng)400nm以下的LED，又可進(jìn)一步分為UVA（320-400nm）、UVB（280-320nm）、UVC（200-280nm）。隨著水俁公約生效，含汞產(chǎn)品將被逐步限制使用，UV LED不含汞，環(huán)保安全，同時(shí)可有效解決傳統(tǒng)汞燈含臭氧、啟動(dòng)慢、能效差、壽命短等痛點(diǎn)，其市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮蟆?/p>

在UV LED市場(chǎng)應(yīng)用中，目前UVA占有較高的市場(chǎng)份額，其典型應(yīng)用為工業(yè)固化、美甲、誘蚊、光觸媒等領(lǐng)域。UVB與UVC則主要應(yīng)用于殺菌、消毒，醫(yī)學(xué)光療等，其中UVB以光療為主，UVC則主要應(yīng)用于殺菌消毒。

在光觸媒領(lǐng)域，UV LED照射光觸媒可使通過的空氣中的有機(jī)污染源(甲醛、VOC)分解成無毒無污染的水和二氧化碳，使無機(jī)污染物(NOx , NH3)氧化成NO3-，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)殺菌消毒、 分解空氣污染物等功能。

此外，UV LED也可用于植物生長(zhǎng)。近年來，室內(nèi)、大棚種植蓬勃發(fā)展，解決了寒冷地區(qū)冬季缺乏新鮮蔬菜的問題，但部分上市的室內(nèi)、大棚蔬菜水果存在色澤偏暗、味道不鮮等品質(zhì)問題。究其原因是多方面的，但由于光照不足特別是缺少正常光線中紫外線成分也許是關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，在大棚等室內(nèi)種植補(bǔ)充一定劑量的UV照射，可影響植物生長(zhǎng)、生理活動(dòng)，進(jìn)而起到改善植物品質(zhì)的作用。

同時(shí)，UV LED在光療領(lǐng)域的應(yīng)用也逐步普及，UVB LED照射可有效治療銀屑病、白癜風(fēng)等多種皮膚病。與傳統(tǒng)的NB UVB紫外線光療儀和準(zhǔn)分子激光治療儀相比，UVB-LED能做得更小型化，方便攜帶使用，優(yōu)勢(shì)更加突出。

最佳商業(yè)機(jī)會(huì)在？

可見光LED產(chǎn)業(yè)的很大一部分已經(jīng)轉(zhuǎn)向紫外線LED。 然而，根據(jù)目標(biāo)波長(zhǎng)，制定的策略因廠家而異。一些廠商仍然專注于設(shè)備制造，而其他人則垂直整合模塊和系統(tǒng)。例如，在UVA LED中，Ushio負(fù)責(zé)生產(chǎn)UVALED芯片，封裝，固化模塊也提供給打印機(jī)制造商或終端用戶。在UVC中，Nikkiso最初是一家UVC LED制造商，但在2016年通過收購Aqui Sense Technologies已經(jīng)轉(zhuǎn)向模塊和系統(tǒng)級(jí)別。

除了紫外LED廠商之外，一些新進(jìn)入者也試圖進(jìn)入該行業(yè)，主要是在模塊或系統(tǒng)層面，這代表了商業(yè)機(jī)會(huì)方面的最佳點(diǎn)。未來UV-C LED市場(chǎng)將走向兩極化發(fā)展：一些廠商將進(jìn)入一般消費(fèi)市場(chǎng)，而另一些廠商將進(jìn)入高端商業(yè)/工業(yè)市場(chǎng)。