Ein koreanisches Forscherteam hat eine tief-ultraviolette (DUV) LED mit einem völlig neuen Material entwickelt. Bei der DUV-LED handelt es sich um eine Halbleiter-Lichtquelle, die ultraviolettes (UV) Licht mit einer kurzen Wellenlänge von 200 bis 280 Nanometern aussendet. Durch die Bestrahlung von Viren oder Bakterien mit dieser LED werden schädliche Krankheitserreger zerstört, während der menschliche Körper so wenig wie möglich geschädigt wird.
Ein POSTECH-Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jonghwan Kim und den Doktoranden Su-Beom Song und Sangho Yoon (Department of Materials Science and Engineering) hat zum ersten Mal DUV-LED unter Verwendung von hexagonalem Bornitrid (hBN) hergestellt. Die Arbeit des Teams wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Im Gegensatz zu sichtbarem Licht kann UV-Licht die Form eines Materials zerstören oder verändern. Unter den UV-Lichtern hat das Nah-UV-Licht eine hohe Eindringtiefe und kann Krankheiten verursachen, wenn die Haut ihm ausgesetzt ist. DUV-Licht hat jedoch eine extrem niedrige Hautdurchdringung und kann voraussichtlich sicher verwendet werden.
Aus diesem Grund wurde aktiv an der Entwicklung von DUV-LEDs geforscht, wobei hauptsächlich Aluminiumgalliumnitrid (AlxGa1-xN) verwendet wurde. Dieses Material hat jedoch die grundlegende Einschränkung, dass seine Elektrolumineszenz mit kürzer werdenden Wellenlängen rasch abnimmt, und die Herstellung von LEDs, die im DUV-Bereich eingesetzt werden können, bleibt eine Herausforderung.
Das von Professor Jonghwan Kims Forschungsteam verwendete hexagonale Bornitrid (hBN) ist ein Van-der-Waals-(vdW)-schichtiges Material wie Graphit. Es wird oft als "weißes Graphen" bezeichnet, weil seine Monolagenstruktur dem Graphen ähnelt und transparent ist. Im Gegensatz zu AlxGa1-xN emittiert es Lumineszenz bei DUV-Frequenzen und wird daher als ein effektives neues Material für die Entwicklung von DUV-LEDs angesehen. Aufgrund seiner großen Bandlücke*1 war es jedoch schwierig, Elektronen und Löcher zu injizieren, was die Herstellung einer LED erschwerte.
Deshalb konzentrierten sich die Forscher auf die Injektion von Elektronen und Löchern in die hBN-Bandkanten, indem sie eine starke Spannung an den hBN-Nanofilm anlegten, die den Tunnelmechanismus auslöste. Auf diese Weise gelang es den Forschern, ein LED-Bauelement herzustellen, das auf einer Van-der-Waals-Heterostruktur aus Graphen, hBN und Graphen basiert. Die anschließende DUV-Mikrospektroskopie bestätigte, dass das neu hergestellte Bauelement starkes UV-Licht emittiert.
"Die Entwicklung eines neuen hocheffizienten LED-Materials in einer neuen Frequenz kann der Ausgangspunkt für bahnbrechende optische Anwendungen sein, die es so noch nie gegeben hat", bemerkte Professor Jonghwan Kim, der die Studie leitete. "Es ist bezeichnend, dass diese Studie die erste Demonstration einer tief-ultravioletten LED auf der Basis von hBN darstellt".
Er fügte hinzu: "Im Vergleich zum herkömmlichen AlxGa1-xN-Material hat das neue Material eine deutlich höhere Lumineszenz-Effizienz und ermöglicht eine Miniaturisierung. Es wird erwartet, dass es in Zukunft in Systemen zur Sterilisation von Viren und Bakterien, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und in der drahtlosen Kommunikation über kurze Distanzen eingesetzt werden kann."
Die kürzlich in der weltweit anerkannten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Forschungsarbeit wurde mit Unterstützung des Senior Researcher Program der National Research Foundation of Korea und des Institute for Basic Science durchgeführt.
*1. Bandlücke
Die Mindestenergie, die erforderlich ist, damit an einen Halbleiter oder Isolator gebundene Elektronen entweichen können.
Weitere Informationen:
https://www.postech.ac.kr/eng/worlds-first-hbn-based-deep-ultraviolet-led/?pageds=2&k=&c= [This is automatically translated from English]