UVC：新一代消毒杀菌技术

UVC:健康光源首选

UV(Ultraviolet)是指波长在10nm-400nm 之间的电磁波，即紫外线。根据波长可把紫外线分为长波紫外线(UVA)、中波紫外线(UVB)和短波紫外线(UVC)，波长分别为320-400nm、280-320nm、100-280nm。

UVC 相较于 UVA、UVB 对人体影响很小。

UVA 穿透能力强，可到达皮肤真皮层，一方面， UVA 使皮肤中的黑色素前体直接转化为黑色素，使皮肤快速黑化;另一方面，UVA 会使皮肤中产生活性氧自由基，长期作用会给皮肤带来较大的氧化压力，并导致皮肤中的胶原蛋白、弹性蛋白和 DNA 损伤，从而造成皮肤老化、失去弹性、产生皱纹。UVB 主要作用于皮肤表层，UVB 会激活表皮基底层的黑色素细胞中的酪氨酸酶合成黑色素，黑色素形成后逐渐迁移到最外层，使皮肤黑化、出现红斑、或被晒伤。总之，UVA、UVB 对人体皮肤都有损害，而 UVC 相较于 UVA、UVB 对人体伤害很低，这是因为 UVC 波长很短，穿透力很低，不能深入皮肤表皮。

UVC 杀菌消毒效果强，灭活病毒更彻底。

人们经常采用日晒的方式来消灭食物上的病菌，达到消毒、保质的作用，并根据阳光消毒的作用原理，逐渐发展了人造紫外线技术。紫外线是一种诱变剂，通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。在特定的波长范围(主要是 UVC) 以及足够高的剂量下，紫外线能够引起细菌和病毒等微生物细胞中的 DNA 或 RNA 相邻嘧 啶分子间形成异常的化学键，阻碍 DNA 或 RNA 的复制，从而造成微生物细胞死亡。深紫外半导体通过发出 UVC 波长的深紫外线达到杀菌消毒的效果。

相比化学杀菌消毒，紫外线的优势是杀菌效率高，灭活一般在几秒内完成，而且不产生其它化学污染物。在一线医疗卫生机构，它也是重要的杀菌消毒设备。由于紫外线的波长越短，频率越高，所蕴含的能量越高，因此相较于 UVA 和 UVB，UVC 的杀菌能力更强、效果更快。

UVC 是自然界中杀菌效果最好的紫外线，但人们想直接利用太阳光中的 UVC 十分困难， 这是因为 UVC 由于波长较短，在大气中就已经被臭氧层吸收、散射掉了，无法到达地面， 所以，人造 UVC 就变得尤为重要。

 UVC 具有明显的优势:小型化、无毒害、使用便捷

目前用于杀菌消毒的紫外光源主要有两种:传统汞灯和紫外 LED。汞灯是目前紫外线消毒、固化与曝光最主流的产品，这种灯的原理很简单，阴极射线管打出的高能电子激发汞蒸汽的原子呈激发态，激发态电子回到基态放出紫外光。紫外 LED 是利用半导体发光原理来制造 UV 波段的光源，通过利用铝銦镓氮材料的配比变化，可以做出各种不同波段的紫外线与可见光。

与紫外 LED 相比，传统汞灯有一些缺点:尺寸较大;启动时间长，无法做到即开即用;易碎，使用寿命短;剧毒，破裂后会造成汞泄漏，污染环境，严重危害人体健康。相比于传统汞灯的诸多缺点，深紫外半导体具有明显的政策优势和技术优势，在各种不同的杀菌消毒方式中，只有深紫外半导体同时具备节约能源、即开即用、节省空间、无毒无害、寿命长、无刺激性气味等优异特性。因此，深紫外半导体成为了新的环保、高效紫外光源的不二之选。

 UVC 工艺改进方向明晰，技术难题不断突破

深紫外半导体的工艺与普通 LED 的工艺大体相同，但由于 UV LED 的发光材料不同，因此选取的发光材料和封装形式会有一定区别。UVC 半导体芯片可分为衬底和外延层两部分: 衬底通常沿用蓝光 LED 芯片所采用的蓝宝石衬底，外延层包括 AlN 模板层、N 型 AlGaN 层、多量子阱发光层、电子阻挡层和 P 型 GaN 接触层。芯片工艺，通过光刻、刻蚀漏出 N 型接触层， 通过蒸镀以及合金，N 型、P 型与电极形成欧姆接触，然后通过减薄、裂片， 对小芯粒进行分选，倒装到绝缘的硅片上。

深紫外半导体由于发射的光谱波长通常小于 300nm，封装方式的选择会影响出光效率，而透镜封装和非透镜封装对紫外 LED 的出光影响尤其很大，所以制作工艺上对封装有较高要求，常用的封装形式包括覆晶封装(FLIP FLOP)、板上芯片封装(COB)和模组式封装 (MODEUL)。

经过 10 多年研究和发展，280 nm 以下的深紫外半导体外量子效率已超过 5%，对应发光功 率大于 5 mW，寿命达 5 000 h。功率的提升推动应用领域的发展，但相较于技术十分成熟的蓝光 LED，UVC半导体存在芯片外延生长困难、封装材料易老化、光提取效率较低等三 个主要问题。因而后续对这些弱点的克服，推进相关技术改进是其发展的重点。

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