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西人马光学系列芯片再添新成员,自主研发紫外杀菌LED出炉
http://www.31gcjx.com 2020-09-07 16:06:35 经济参考报

今年的疫情让原本寂静的消毒产品突然走入大众视线,消毒酒精、除菌液、紫外线消毒等方式和产品不断应用在疫情防控管理中。

  紫外消毒方式大家并不陌生,例如餐具消毒柜使用的汞灯,技术门槛低,应用广泛。但紫外光LED光源产业却是一个新兴高科技产业,随着技术的进步,紫外光LED刚开始在许多高度异化的市场里取代传统的紫外光源。与规模高达几十亿美元的可见光LED照明市场相比,紫外LED市场仅为前者的零头,但这部分市场正在高速增长中,属于朝阳产业。2016年全球UV LED市场总产值185.34百万美元,到2022年有望达到1750.77百万美元,2016到2022年的年均复合增长率为45%,由此可见UV LED市场的潜力巨大。

  目前,发达国家的紫外线LED产品普遍处于较先进水平,世界大型企业主要集中在美国、韩国、日本等。国外知名度高的厂商凭借良好的产品和口碑长期占据比较大的市场份额。同时,国外公司有比较先进的设备,强大的研发能力,技术水平优于国内企业。LG Innotek和日亚化学占据全球紫外LED产值20%以上的份额,中国企业占据不到10%的产值份额。主要原因是上游原材料和生产设备都被国外垄断,国内通过自主研发生产紫外线LED产品的厂商仍不到10家,而且并非全都达到量产水平,很多产品仍处于试验及研发阶段。

  面对巨大的市场空白和国内的产能缺口,西人马将紫外杀菌LED作为重要研究课题,北京未来先进技术研究院组建专门团队攻克技术难题,并于近期成功研发出紫外杀菌LED产品。

  

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  ▲西人马紫外杀菌LED

 

  紫外杀菌LED通过发出UVC波长的深紫外线(也称短波紫外线,波长范围200–280 nm)达到杀菌消毒的效果。相对于传统的紫外汞灯,紫外LED具有体积小、重量轻、功耗低、寿命长、环境友好、发光波长连续可调等诸多方面的优点。因此,紫外LED开始渗透到汞灯的一些传统应用领域。目前,随着蓝光LED技术的不断成熟,研究者们逐渐将重心转向以高AI组分AlGaN为器件核心材料的深紫外LED(DUV-LED)领域。深紫外LED具有结构简单、集成性好,波长可控、并且能耗低、零污染、寿命长等优点,比汞灯等传统紫外光源有更大优势,在医疗、杀菌、印刷、照明以及数据存储等方面都有重大应有价值。

 

  西人马自主研发的紫外杀菌LED产品,在设计上吸收了行业内的先进理念,同时创新设计了芯片结构以及电极结构,采用了新型的器件制备、封装工艺。全新的设计方式让西人马紫外杀菌LED的可靠性更高,同时也更具有价格优势。

 

  在芯片的结构上,研发团队采用了全新的设计方案,不同于常规的产品结构,保证了电子和空穴注入比例相当,提高了内量子效率。最底层是蓝宝石衬底,蓝宝石衬底可以图案化、稳定性好、机械强度高,易于处理和清洗,能够适应高温环境,可以通过适当的剥离工艺反复利用;接下来是Buffer缓冲层,高低温交替缓冲层结构使外延层质量得到大幅提高;然后是n-type材料,保证更好的导电效果;再上一层是Active-layer发光层,采用了全新MQW多量子阱有源层设计;最后是优化的电子阻挡层结构,保证了低漏电率。

  工艺方面,目前行业内普遍采用的是传统的共晶焊工艺,成本高昂,需要高温设备,增加工艺步骤的同时,还会对器件性能有不利影响。西人马团队摒弃了传统工艺,采用全新设计的芯片后处理工艺,简化工艺步骤,提高了工艺可靠性,使器件性能更稳定、更可靠,同时良率更高。

  另外在电极结构上研发团队也做了全新设计,保证了最大化的光取出效率。

  这款紫外杀菌LED从研发到工艺、封装、再到检测,全部工序都由西人马自主完成,采用了诸多新技术后,产品具有高光输出功率、寿命长、光衰低和小于30nm的半峰全宽(FWHM),性能在行业内可以达到一流水准,并且具有非常明显的价格优势。

  

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▲西人马自主研发紫外杀菌LED产品参数

目前,西人马芯片产品已经有红外、压力、加速度等多个系列的成熟产品,激光二极管、紫外杀菌LED等光学系列芯片也在不断扩充之中。同时,由于西人马是一家芯片IDM公司,具有芯片研发、工艺、封装和测试全方位能力,因此能够为众多行业客户提供从芯片到解决方案的全流程服务。西人马愿与世界各地的合作伙伴共同发展!

 
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