С утра на конвейере японского завода Nichia я наблюдаю, как ультрафиолетовые светодиоды выходят из плазменного реактора MOCVD с едва заметным голубовато-серым кристаллическим отблеском. Пары триметилгаллия и аммиака оставили на сапфировой подложке монотонный, но идеальный шестигранный узор. Спектральный пик 265 нм подтверждён портативным спектрометром, лабораторный журнал фиксирует коэффициент внешней квантовой эффективности 9,3 % — рекорд для серии 0805. Датчики внутри линии анализируют темновой ток, чтобы исключить поздний фото взрыв при высоковольтном запуске.
Рынок ускоряет спрос
Спрос на источники диапазона UV в 2024 году удвоился относительно прошлого квартала: в статистике Omnia объём поставок превысил 580 млн штук, средняя отпускная цена упала до 0,38 USD. Драйвером служит автоматизация дезинфекционных систем: рециркуляторы для напитков, конвейеры упаковки, бытовые краны с интегрированным 275 нм-чипом. Китайские контракты с отечественными больницами подписываются в тот же день, когда локальные ограничительные нормы ужесточают порог микробной контаминации.
Материалы и кристаллография
В ультрафиолете решающее значение получает кристаллография AlGaN: при содержании алюминия выше 70 % латеральное напряжение расщепляет решётку, внутреннее электрическое поле Пайерлса-Набла снижает вероятность экситонной рекомбинации. Команда из Ульмского университета внедрила псевдоморфную буферную структуру AlN/AlGaN с градиентом 0,9 % на микрометр, что сократило пленочные дислокации до 2×10⁸ см⁻². Для p-области используют Mg-δ-допирование в импульсном режиме, обходя старую проблему акцепторной деградации при высокой температуре отжига. Термин «фононная модуляция» описывает механизм, при котором оптические фононы изменяют ширину запрещённой зоны, подстраивая волну к целевому диапазону 250–280 нм.
Опыт производственных линий
На линии Seoul Viosys в Пхёнтхэке я фиксирую новый метод flip-chip-монтажа: чип переворачивается активным слоем к подложке, а серебряная паста заменена золото-оловянным эвапоративным слоем толщиной 1,2 µм. Температура кристалла при токе 350 мА удерживается на 73 °C, что повышает поток до 52 мВт. Лабораторные тесты L70 показывают ресурс 12 000 часов при непрерывной работе. Разгерметизированные корпуса SMD 593 демонтируют старый силикон: герметизация выполняется фторопластовой линзой, пропускающей 90 % UVC без желтения.
Нишевую нишу занимает глубина 222 нм, в которой дезинфекция проходит без корона разряда в воздухе. Для достижения такого пика компания Kryptonite Electronics использует кластер из шести гетероструктур AlGaN/BN. Снижение толерантности к влаге компенсируется барьерной плёнкой из нитрида бора, осаждённой методом ALD при 250 °C. Внутренний квантовый выход 4,5 % пока скромен, зато поток 10 мВт оказывается достаточным для лифтовых кабин и рециркуляторов метро.
В оптико-фотографических стендах 193 нм-процессов ультрафиолетовые диоды пока уступают эксимерным лампам, однако лаборатории Imec уже включают их в тестовые маски. Причина проста: сочетание узкой линии излучения и мгновенного включения сокращает термическое расширение подложек. При проточных стерилизаторах воды кульминационный коэффициент стерилизации Z-value достигает 0,14, что превосходит ртутные лампы вдвое. Датчики спектрометрии TOC размещаются в одной плате с девятью диодами, формируя кольцевой впрыск света.
Перспектива дальнейшего движения кривой Эймса-Джоула к милливаттом-на-ватт в UVC складывается из трёх факторов: туннельные переходы, подрешётка сверхрешётки и интегрированный излучатель-резонатор. Прогноз IHS Markit указывает на CAGR 32 % до 2028 года. Я завершаю смену рядом с камерой распределённой Береговой обратной связи: идеальный, почти фиолетовый вакуум укрепляет уверенность, что скоро ультрафиолетовые светодиоды займут позиции, пока доступные ртутным красивым, но хрупким колбам.