远紫外线LED可有效杀死细菌和病毒而不伤害人

诸平

Figure 1: Most LEDs emit visible light, but RIKEN physicists have created an LED that emits in a narrow region in the far ultraviolet that is safe for humans but deadly for viruses and bacteria. Credit: RIKEN

Figure 2：Masafumi Jo and two co-workers have designed an LED that will help safeguard society against pandemics. Credit: RIKEN

据日本理化研究所（RIKEN） 2022年10月7日报道，远紫外线LED可有效杀死细菌和病毒而不伤害人（Far-Ultraviolet LED Efficiently Kills Bacteria and Viruses Without Harming People）。大多数LED发出可见光，但RIKEN物理学家创造了一种高效的LED，它在远紫外线的狭窄区域内发光，对人类保持安全，但对病毒和细菌是致命的（Fig. 1）。有朝一日，它可以通过在人满为患的房间里杀死病原体来帮助人类摆脱流行病的阴影。相关研究结果于2022年5月25日已经在《应用物理快报》（Applied Physics Letters）杂志网站发表—— Masafumi Jo, Yuri Itokazu, Hideki Hirayama. Milliwatt-power far-UVC AlGaN LEDs on sapphire substrates. Applied Physics Letters，2022, 120(21): 211105. DOI: 10.1063/5.0088454. Published Online: 25 May 2022. https://doi.org/10.1063/5.0088454

紫外线杀菌灯在消灭细菌和病毒方面非常有效。事实上，它们通常在医院用于对表面和医疗器械进行消毒。这种类型的灯可以用LED构成，使其具有高效节能特征。然而，这些LED产生的紫外线会破坏DNA，因此不能在人周围使用。正在研究开发高效的LED，这些LED 在窄波段的远紫外光中发光，这种光似乎既能很好地消毒，又能保证人们的安全。

在没有人的情况下运行的杀菌LED灯通常由铝、镓和氮制成。通过增加它们所含的铝量，这些LED可以被修改为在对人类安全的波长范围内工作。这种方法以前曾使用过，但已导致功耗显著降低。

为了解决这个问题，RIKEN量子光学器件实验室（RIKEN Quantum Optodevice Laboratory）的三位物理学家定昌史（Masafumi Jo, Fig. 2）、糸数雄吏（Yuri Itokazu）和平山秀樹（Hideki Hirayama）创造了一种设计更复杂的LED。他们将多层夹在一起，每层都含有略微不同比例的铝。此外，在某些层中，他们还添加了微量的硅或镁。

这有效地为电子创造了一个障碍路线，阻碍了它们在材料中的运动，并将它们困在某些区域的时间更长。这导致设备发出的光量增加，而吸收的光量减少。

该团队使用计算机模拟来模拟所有可能的影响，以帮助确定理想的设计。“然后我们制作样本，看看它是否有效，”定昌史说。精确控制每一层的厚度是最大的实验挑战。他们最终得到了一个在远紫外线下工作的 LED，其输出功率几乎是以前最好的LED的十倍。

COVID -19大流行带来了一种新的意识，即能够根除表面上的病毒和微生物的重要性。定昌史说：“我们相信我们的发现和技术对于保护社会免受这种和未来流行病的影响将非常有用。”他还补充说，我们三人组将努力进一步提高 LED 的性能。并指出“在输出功率和功率效率方面仍有很大的改进空间。”

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

AlGaN LEDs emitting < 230 nm UV light were fabricated on sapphire substrates. We employed a quantum well (QW) with an extremely thin barrier to enhance the quantum confinement of holes, wherein the calculation showed that the topmost valence subband became X±iY-like and increased the transverse-electric polarized emission. Additionally, we modified the Al composition of the spacer layer situated between the QW and an electron-blocking layer, which significantly improved the current-injection efficiency. The combination and optimization of these structures produced an LED emission of 228-nm UV light with an output power of 1.4 mW at 150 mA.