Un equipo de investigación coreano ha desarrollado un LED ultravioleta profundo (DUV) con un material totalmente nuevo. El LED DUV es una fuente de luz semiconductora diseñada para emitir luz ultravioleta (UV) con una longitud de onda corta de 200 a 280 nanómetros. La irradiación de este LED sobre virus o bacterias destruye los patógenos nocivos minimizando el daño al cuerpo humano.
Un equipo de investigación de POSTECH dirigido por el profesor Jonghwan Kim y los doctorandos Su-Beom Song y Sangho Yoon (Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales) ha producido por primera vez un LED DUV utilizando nitruro de boro hexagonal (hBN). El trabajo del equipo se ha publicado en la revista Nature Communications.
A diferencia de la luz visible, la luz UV puede destruir o alterar la forma de un material. Entre las luces ultravioletas, la luz casi ultravioleta tiene una gran profundidad de penetración y puede causar enfermedades cuando la piel se expone a ella. Sin embargo, la luz DUV tiene una penetrabilidad en la piel extremadamente baja y se prevé que se pueda utilizar con seguridad.
Por esta razón, la investigación para desarrollar LEDs DUV ha sido activa, utilizando principalmente nitruro de aluminio y galio (AlxGa1-xN). Sin embargo, este material tiene una limitación fundamental, ya que su electroluminiscencia se deteriora rápidamente a medida que la longitud de onda se acorta y la fabricación de LEDs que puedan utilizarse en las frecuencias DUV sigue siendo un reto.
El nitruro de boro hexagonal (hBN) utilizado por el equipo de investigación del profesor Jonghwan Kim es un material con capas de van der Waals (vdW) como el grafito. Se le suele llamar "grafeno blanco" porque su estructura monocapa es similar a la del grafeno y es transparente. A diferencia del AlxGa1-xN, emite luminiscencia a frecuencias DUV, por lo que se considera un nuevo material eficaz para desarrollar LEDs DUV. Sin embargo, ha sido difícil inyectar electrones y agujeros debido a su gran bandgap*1, lo que dificulta su transformación en un LED.
Para ello, los investigadores se centraron en inyectar electrones y agujeros en los bordes de banda del hBN aplicando un fuerte voltaje a la nanopelícula de hBN para inducir el mecanismo de tunelización. Con ello, los investigadores fabricaron con éxito un dispositivo LED basado en una heteroestructura de Van der Waals apilada con grafeno, hBN y grafeno. La posterior microespectroscopia DUV confirmó que el dispositivo recién fabricado emite una potente luz ultravioleta.
"El desarrollo de un nuevo material de LED de alta eficiencia en una nueva frecuencia puede ser el punto de partida para aplicaciones pioneras de dispositivos ópticos que nunca se han visto antes", señaló el profesor Jonghwan Kim, que dirigió el estudio. "Es significativo que este estudio presente la primera demostración de un LED ultravioleta profundo basado en hBN".
Y añadió: "En comparación con el material convencional AlxGa1-xN, el nuevo material tiene una eficiencia de luminiscencia significativamente mayor y permite la miniaturización. Se prevé que sea muy aplicable en sistemas de esterilización viral y bacteriana, procesos de fabricación de dispositivos semiconductores y comunicación inalámbrica de corto alcance en el futuro."
Esta investigación, publicada recientemente en la revista de renombre mundial Nature Communications, se ha llevado a cabo con el apoyo del Programa de Investigadores Senior de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y del Instituto de Ciencias Básicas.
*1. Bandgap
La energía mínima necesaria para que los electrones unidos a un semiconductor o aislante puedan escapar.
Más información:
https://www.postech.ac.kr/eng/worlds-first-hbn-based-deep-ultraviolet-led/?pageds=2&k=&c= [This is automatically translated from English]