In een brief gepubliceerd in het tijdschrift ACS Photonics, rapporteerden de onderzoekers een elegantere methode voor het vervaardigen van hoogwaardige -kwaliteit diepe-ultraviolette (UV-C) LED's waarbij een film van de halfgeleiderlegering aluminium galliumnitride (AlGaN) op een substraat van siliciumcarbide (SiC) -- een afwijking van het meer algemeen gebruikte saffiersubstraat.
Volgens Zollner zorgt het gebruik van siliciumcarbide als substraat voor een efficiëntere en kosteneffectievere-effectievere groei van hoogwaardige-kwaliteit UV-C-halfgeleidermateriaal dan het gebruik van saffier. Dit, legde hij uit, is te wijten aan hoe nauw de atomaire structuren van de materialen overeenkomen.
"Als algemene vuistregel geldt dat hoe meer structureel vergelijkbaar (in termen van atomaire kristalstructuur) het substraat en de film met elkaar zijn, hoe gemakkelijker het is om een hoge materiaalkwaliteit te bereiken," zei hij. Hoe beter de kwaliteit, hoe beter de efficiëntie en prestaties van de LED's. Saffier is structureel verschillend en het produceren van materiaal zonder gebreken en verkeerde uitlijningen vereist vaak gecompliceerde aanvullende stappen. Siliciumcarbide is geen perfecte match, zei Zollner, maar het maakt een hoge kwaliteit mogelijk zonder dure, aanvullende methoden.
Bovendien is siliciumcarbide veel goedkoper dan het "ideale" substraat van aluminiumnitride, waardoor het volgens Zollner meer massaproductie-vriendelijker is.
Draagbare, snel-werkende waterdesinfectie was een van de belangrijkste toepassingen die de onderzoekers in gedachten hadden bij het ontwikkelen van hun UV-C LED-technologie; de duurzaamheid, betrouwbaarheid en kleine vormfactor van de diodes zou een game changer zijn in minder ontwikkelde gebieden van de wereld waar schoon water niet beschikbaar is.
De opkomst van de COVID-19-pandemie heeft een nieuwe dimensie toegevoegd. Terwijl de wereld haast om vaccins, therapieën en genezingen voor de ziekte te vinden, zijn desinfectie, decontaminatie en isolatie de weinige wapens die we hebben om onszelf te verdedigen, en de oplossingen zullen wereldwijd moeten worden ingezet. Naast UV-C voor waterzuiveringsdoeleinden, kan UV-C-licht worden geïntegreerd in systemen die aangaan als er niemand aanwezig is, aldus Zollner.
"Dit zou een goedkope-kostenloze, chemische-vrije en gemakkelijke manier zijn om openbare, winkel-, persoonlijke en medische ruimtes te saneren", zei hij.
Voorlopig is het echter een spel van geduld, terwijl Zollner en collega's de pandemie afwachten. Het onderzoek bij UC Santa Barbara is vertraagd tot een druppeltje om het contact van persoon-tot-persoon tot een minimum te beperken.
"Onze volgende stappen, zodra de onderzoeksactiviteiten bij UCSB worden hervat, zijn om ons werk aan het verbeteren van ons AlGaN/SiC-platform voort te zetten om hopelijk 's werelds meest efficiënte UV-C-lichtstralers te produceren", zei hij.
Andere onderzoeksbijdragen zijn onder meer Burhan K. SaifAddin (hoofdauteur), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza en Feng Wu, allemaal van SSLEEC en/of het Department of Materialen bij UC Santa Barbara.
