転自：中國照明網(wǎng)、極智頭條

現(xiàn)在、新型の冠狀ウイルスは依然として持続しており、産業(yè)や企業(yè)に一定の影響を與え、各業(yè)界の人々の心にも影響を與えている。このような狀況の下で、國家半導(dǎo)體照明プロジェクトの研究開発及び産業(yè)連盟、第三世代半導(dǎo)體産業(yè)技術(shù)革新戦略連盟の指導(dǎo)の下で、疫病の発生期間中に知識を共有し、企業(yè)に疑惑を解くように協(xié)力します。私達のLED照明の企業(yè)と産業(yè)の共に困難な時を助けます！

今期、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究員、山西中科lu安紫外光科學(xué)技術(shù)有限公司の副総経理閆建昌を招待し、「疫病狀況予防と深紫LED技術(shù)」に関する素晴らしいテーマを共有しました。以下は文字の実録です。

國家半導(dǎo)體照明工事の研究開発と産業(yè)連盟に招待されました。新型の冠狀ウイルスは猛威を振るっています。私たちの日常生活、工業(yè)生産など各方面に大きな衝撃を與えました。私自身の専門分野は紫外線LEDのエピタキシャル材料とチップです。ずっとこの分野の仕事をしていますので、この機會に個人の思考と認識を共有したいです。

一、新冠ウイルスの予防と制御、紫外殺菌消毒が認められています。

現(xiàn)時點では、診斷や疑いのある癥例に関係なく、影響を受ける人が非常に多い。新型の冠狀ウイルスの予防?抑制は、治療を含めて大きく進んでいる。予防と制御の観點から、各方面の専門家は多くの意見をあげて、ウィルスの伝播を制御して、各種の方式を採用してウィルスを消滅します。

公的に提供されている殺菌消毒の方法から、多くの効果的な方法が分かります。直接高溫ウイルス対策を含め、75%のアルコールを使うなどしています。また、紫外線殺菌消毒も明確に認められています。紫外線殺菌消毒は原理的には問題ありませんが、冠狀ウイルスや殺菌消毒作用のある紫外線を殺すためには、まず紫外線の波長が必要です。紫外線のエネルギーも必要です。つまり紫外線量は十分です。

第5版の新型の冠狀ウイルスの診療方案から見ると、強度は平方センチメートルあたり90マイクロワットより大きい紫外線を使って光照射密度を30分でSARSウイルスを殺すことができます。新型の冠狀ウイルスとSARSウイルスは多くの類似性があります。同じく単一株のまっすぐな鎖RNAウィルスに屬して、だから理論の上で科學(xué)的に合理的に紫外線を使って、効果的にコロナウイルスを滅ぼすことができます。しかし、ここでは紫外線は一定の強度を必要とし、しかも一定の時間を必要とします。実際には、照射の強度が大きいと時間が大幅に短縮されます。

紫外線殺菌は特に新鮮なことではありません。今までに100年近くの歴史があります。1903年、Niels Ryberg Finsenは紫外線を利用して皮膚病の治療を?qū)g現(xiàn)し、専門書を発表し、ノーベル生理と醫(yī)學(xué)賞を受賞しました。

紫外線によってウイルス病原菌を効率的に殺すことができるのは、主としてDNAを破壊することによって滅菌するからです。紫外線の光子エネルギーが非常に高いため、細菌ウイルスのDNAチェーンを破壊し、根源から細菌やウイルスを殺すことができます。

異なった帯域の紫外線は細菌に対して、ウィルスの殺戮の効果は異なっています。従來の紫外水銀ランプは253.7または254ナノメートルの可能性がありますが、実際には最も有効な帯域幅は254ナノメートルにとどまらないかもしれません。最新の研究結(jié)果によると、264ナノメートル付近では、紫外線の殺菌効果がより高い可能性があります。

この原理に基づいて、紫外線は広いスペクトルの殺菌の特徴を持っていると言えます。細菌類、ウイルス類、藻類、胞子類などの各種の微生物に関わらず、殺戮効果は非常に顕著で、効率が非常に高いです。他の殺菌方法と比べて、紫外線殺菌の利點は、紫外線をカットしてからではなく、化學(xué)的な関與や汚染がないことです。

紫外線で効果的な殺菌消毒を行うには、十分なエネルギーが必要です。照射強度と十分な時間が必要です。波長によって、長さから短さまで、紫外帯はUVA、UVBとUVCに分けられます。その中でUVCは波長が一番短く、エネルギーが一番高いバンドです。実際、殺菌消毒に対して、本當(dāng)に有効なのはUVCです。

UVAであれ、UVCであれ、これらのバンドであれ、対応する紫外線発光を半導(dǎo)體材料で実現(xiàn)することができます。

二、紫外LED光源の優(yōu)勢

伝統(tǒng)的な紫外線光源は低圧/中圧水銀燈、マイクロ波無極水銀燈などがあります。新しい紫外光源は，主に広い禁止帯半導(dǎo)體材料に基づいており，従來の光源に比べて，寒い光源であり，また紫外光源の將來の発展傾向でもある。

AlGaN材料中のAI成分を調(diào)整することにより、LED発光波長は200?365 nmの間で任意に調(diào)整可能で、UV?AからUV?Cまでの広い帯域をカバーする。従來の水銀ランプの紫外光源に比べて，これはAlGaN半導(dǎo)體材料の紫外LED光源作りの利點である。

従來の紫外線光源に比べて、AlGaNベースの紫外LEDはコンパクトで攜帯性、環(huán)境に優(yōu)しい、デザインしやすいなどの利點があります。様々な光源設(shè)計が可能です。

また、紫外LEDの最も重要な利點は水銀材料を採用しないことであり、水銀フリー環(huán)境である。水俁條約によれば、2020年から、締約國は水銀を含む製品の生産及び輸出を禁止している。もちろん、水銀燈はすぐには取り除かれません。現(xiàn)在、紫外LEDは水銀燈に取って代わることができません。しかし、長期的には、UV LEDの性能が次第に向上するにつれて、將來的には水銀燈を上回る発光効率が期待されます。環(huán)境保護の角度から、次第に紫外LEDを使うことを広めていくのは大勢の赴くところです。

三、紫外LEDの応用範(fàn)囲は広いです。

紫外LEDは様々な病原菌、ウィルスに対して、新型の冠狀ウイルスを含めて、効率的に殺傷できます。この殺菌機能の応用範(fàn)囲はとても広くて、日常生活の各方面はすべてそれを使うことができます。例えば飲料水は無菌、無毒の健康と安全を保証します。高速鉄道、飛行機、駅などの公共環(huán)境の中で、空気がより衛(wèi)生的で安全であることを望んでいます。

このほかにも、この紫外殺菌消毒を使って、病院、汚水処理場、食品工場、乳製品工場、醸造工場、飲料工場などの各分野で、応用環(huán)境が非常に広いです。

紫外LEDの背丈は非常に小さいので、伝統(tǒng)的な水銀燈とは違った応用需要を生み出すことができます。例えば、攜帯型の電子消毒製品、エレベーターの手すり殺菌機、ロボット掃除などがあります。これは伝統(tǒng)的な紫外光源の使いにくいところであり、紫外LEDがもたらす増分新興市場であり、これらの増分市場は他の伝統(tǒng)的な応用市場よりはるかに大きいかもしれない。

実際、紫外線光源の応用は殺菌消毒だけではない。他の多くの分野では、生化學(xué)探査、殺菌醫(yī)療、高分子硬化及び工業(yè)光觸媒など多くの分野において広範(fàn)な応用の見通しがあります。

UV LEDの見通しは、私個人の観點から非常に楽観的です。將來の紫外線LEDは、家庭から工業(yè)まで、あらゆる面で使えます。將來は照明とは違った新興國産業(yè)が生まれる可能性がある。

四、深UV LEDエピチップの技術(shù)現(xiàn)狀と難點

UV LEDの見通しは明るいが、技術(shù)狀態(tài)はまだ向上していない?，F(xiàn)在、UVA LEDはより成熟しており、EQEは50-60%に達することができ、將來的にはより多くの作業(yè)がアプリケーションシステムの開発に焦點を當(dāng)てている。UVBとUVC帯の深い紫外LEDの外量子効率はまだ低いです。EQEは普通10%以下で、商業(yè)化製品は基本的に1%~3%です。

ですから、UV LEDというのは、UVAの近紫外か、それともUVB、UVCの深紫かを明確に言う必要があります。この二つの製品の形態(tài)に対応する応用差は非常に大きいです。深紫外線LED製品は、基本的に変換効率が1%～3%と低い。

紫外LEDの量子効率が低いのは、基本的に材料が発光効率を制限するためであり、主な要因はエピタキシャル材料の品質(zhì)が悪い、電気注入効率が低い、光抽出効率が低いなどを含む。材料から著手するのは深い紫外線LEDの問題を解決する根本です。

五、深紫外LEDエピチップの研究進捗

紫外LED材料は基板と密接に関係している。現(xiàn)在のサファイア基板材料は，転位密度をどのように低下させるか，材料を作るか，あるいはエピタキシャルにするかという核心的な問題である。國內(nèi)外で様々な方法を研究し、検討しています。材料中の欠陥と転位密度を効果的に低減することが期待されます。

個人的には最も重要なのはナノパターンのサファイア基板（NPSS）技術(shù)であり、この方法によって材料の転位密度を低下させ、材料の品質(zhì)を向上させ、応力を緩和させることなどが重要である。一方，この技術(shù)は紫外LEDの出光効率の低い問題に対しても大きく改善された。

総合的に見ると、ナノグラフィックスサファイア基板（NPSS）技術(shù)は、材料から光の出し方まで様々な面で改善され、紫外LEDの性能向上に大きな役割を果たし、將來は産業(yè)の主流技術(shù)になると思います。

AlNエピタクシーにおける溫度挿入層技術(shù)は，応力を解放し，転位を遮斷する役割を持つ探索的な方法である。

AlGaN材料については，P型ドーピングも難問であり，この問題についても多くの方法論があり，個人的な角度は紫外光源へのpAlGaN分極ドーピング技術(shù)の応用が望ましい。

深紫外LEDの高アルミニウム成分材料は一連の問題をもたらし、量子井戸などの構(gòu)造設(shè)計から量子効率を改善または向上させ、チップレベルで光の抽出効率を向上させ、光の出効率を向上させることが重要な研究の一部である。

これらの方法は、実際には実験室だけでなく、産業(yè)化に応用できると信じています。

現(xiàn)在も，ナノ技術(shù)あるいはマイクロナノ技術(shù)を紫外LEDに応用することを模索している。

未來の三年から五年の間に、紫外線LEDの電気光學(xué)変換効率は15%以上、ひいては20%以上になると信じています。水銀燈と比較して擬似する程度に達することができる。この目標を達成するには、材料の向上だけでなく、透明電極、熱管理、パッケージ技術(shù)など、チップレベルの採用が必要です。

全體として、紫外線LEDの技術(shù)開発は過去二、三年の間に、ますます注目されています。多くの人が紫外線LEDの研究や産業(yè)に參加するにつれて、將來の紫外線LED技術(shù)は進歩を加速させる狀態(tài)になると信じています。

劉、連盟の積極的な配置は紫外LED標準化システムの建設(shè)を推進しています。

Q&A：紫外殺菌燈の國標GB/T 19258-2012の「紫外線殺菌燈」がありますが、この規(guī)格は伝統(tǒng)的な光源だけに対して、紫外LED光源は國內(nèi)外の製品基準、要求がありますか？

閆建昌：これはいい問題です。既存の紫外線標準は伝統(tǒng)的な水銀燈に基づいています?，F(xiàn)在の紫外LED光源はテストから応用までの一連の標準が必要です。業(yè)界の角度から、すでに國家半導(dǎo)體照明プロジェクトの研究開発と産業(yè)連盟（CSA）に頼って紫外線専門委員會を創(chuàng)立して、紫外線標準制定の一連の仕事を推進して、みんなが一緒に協(xié)力することをも期待します。

國家半導(dǎo)體照明工事の研究開発及び産業(yè)連盟の標準委員會の副秘書長偉：技術(shù)の進歩、學(xué)科の交差、応用の融合に従って、絶えず新しい応用領(lǐng)域を生んで、標準は絶えず改善しなければなりません。従來の紫外水銀燈に比べ、紫外LEDは環(huán)境にやさしいので、応用の見通しが広いです。

深紫外殺菌消毒において、標準化は一連の挑戦に直面しています。紫外水銀燈殺菌は主に253.7 nmで、UVC LED波長は主に280 nmで分布しています。

標準化された空白領(lǐng)域を補填するために、連盟標準化委員會は団體標準を発揮し、迅速に市場需要に応答する優(yōu)位性を発揮し、計量、標準、検査などの方面に対する調(diào)査を展開し、積極的に標準化體系を配置し、「紫外LED標準化體系報告」を作成し、「紫外LED技術(shù)と応用」を開始した。用語と定義」、「紫外LED殺菌消毒技術(shù)報告」は、將來的にはUVC LEDの規(guī)模に合う新たな標準化システムを構(gòu)築していきます。

2014年6月、國務(wù)院參事室と國家標準委員會がCSAの標準化作業(yè)を調(diào)査する時、國家標準委の総技師殷明漢はCSAは連盟の標準化作業(yè)の「生きた見本」であると表しました。

2015年6月、CSAは國家標準委員會の第一陣の団體標準パイロット機構(gòu)を承認した。

2016年4月、CSAは「中関村國家自主創(chuàng)新模範(fàn)區(qū)標準化モデル部門」を承認した。

2016年10月、T/CSA 016は2016年「中國標準イノベーション貢獻賞」二等賞を受賞し、この賞を獲得した最初の団體基準である。

2017年6月、CSAは品質(zhì)検査総局、科學(xué)技術(shù)部、國家標準委員會の「第一陣の科學(xué)技術(shù)成果を技術(shù)標準試験業(yè)務(wù)に転化する」単位を承認した。

2020年1月、CSAは共同協(xié)力機関として、中國科學(xué)院半導(dǎo)體所など他の9社と共に2019年度の「國家科學(xué)技術(shù)進歩賞」一等賞を受賞しました。この賞はCSA連合団體の標準化作業(yè)が産業(yè)発展に寄與することを高く評価しました。