图：标准设计（左）和倒装芯片几何形状的 UVC LED 原理图。
它能可靠地杀死病菌，且不会留下任何残留物：紫外线可用于实验室和手术室的消毒或水处理。到目前为止，紫外线还需要使用汞灯，但汞灯昂贵、笨重且有毒。发射紫外线的特殊发光二极管（LED）很有前景，但迄今为止效率较低。德国电子科技大学 CENIDE 成员 Gerd Bacher 教授博士工作小组的工程师们现在已经成功地将石墨烯直接集成到这种元件中。这种透明、原子薄的碳原子层使紫外线 LED 的效率显著提高。
用于家庭和商店照明的 LED 几乎能将 100% 的电能转化为光。而紫外线 LED 仅能将一小部分电能转化为适合消毒的紫外线。它们的效率只有个位数百分比。原因取决于二极管的设计。
在标准设计中，极短波光从发光二极管顶部发出，元件中的电流分布是关键点：必须在尽可能大的面积上馈入电流，同时用于此目的的材料应允许紫外光通过。在倒装芯片设计中，光线从 LED 的背面发出，必须克服反射层和半导体之间的巨大电阻。为此所需的工作电压在某些情况下超过 10 伏，大大降低了 LED 的效率。由于紫外线 LED 市场巨大，全世界都在研究这项技术。
由两位第一作者 Johanna Meier 和 Hehe Zhang 领导的来自 CENIDE 成员 Gerd Bacher 博士教授工作小组的工程师们现已成功地将石墨烯直接沉积到 LED 晶圆上，并将其集成到组件中。国际研究培训小组 2D-MATURE 的石墨烯沉积开发工作在其中发挥了关键作用。这里使用的等离子体辅助化学气相沉积工艺在低温下进行，因此对元件温和，成本低廉。由于具有出色的导电性，石墨烯在标准版 UVC LED 中起到了电流分布层的作用，而在倒装芯片版中，石墨烯则在铝镜和半导体之间形成了平衡接触。在这两种设计中，石墨烯都能显著提高 LED 的效率。
“我们在两个方面取得了突破，”Meier 解释说。”首先，我们能够证明优质石墨烯可以直接集成到紫外线 LED 的工艺链中。其次，在紫外线 LED 中使用石墨烯是一种颠覆性的方法，我们可以通过这种方法提高 LED 的效率。我们已经在实验室规模上成功地展示了这一技术，现在我们将继续参与工业化生产，使其为市场做好准备”。CENIDE 的 2D-MATURE 研究培训小组正在进一步开发功能基底上的石墨烯沉积技术。目前正在为此寻找下一代博士生–下一个突破无疑已经在等待中。
J. Meier, H. Zhang, U. Kaya, W. Mertin, and G. Bacher, Graphene-Enhanced UV-C LEDs, Advanced Materials 2024, 2313037
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313037
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