Graphen macht den Unterschied
Neue UVC-LEDs gegen multiresistente Keime
Im Rahmen des Forschungsprojekts »GraFunkL« entwickelt Aixtron mit ams OSRAM, Prometics und der Universität Duisburg-Essen neuartige UVC-LEDs, die unter anderem gegen multiresistente Krankenhauserreger eingesetzt werden können.
»Innovativ an dem Projekt ist die direkte Abscheidung von Graphen auf dem UVC-LED Wafer. Diese neuen Photonik-Komponenten eignen sich für eine Reihe von Anwendungen – etwa für die Dekontamination mikrobiell belasteter Raumluft, Abwässern oder Oberflächen«, sagt Prof. Dr. Michael Heuken, VP Advanced Technologies von Aixtron.
| Die beiden Ziele von »GraFunkL« |
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Ziel des Projektes ist es, Graphen als funktionale Schicht in UVC‐LEDs in Standardbauweise und in Flip‐Chip Geometrie zu integrieren. In Standardbauweise soll Graphen als transparente Stromverteilungsschicht fungieren und so einen industriekompatiblen Ansatz ermöglichen. In Flip‐ Chip Geometrie soll Graphen den Übergangswiderstand zwischen Al‐Spiegeln und p‐AlGaN reduzieren, um Bauelemente mit geringen Einsatzspannungen und hohem Wirkungsgrad zu realisieren. Beide Konzepte wurden in einer Pilotphase im Rahmen des Vorprojektes »DiGraL« im Labor erfolgreich evaluiert. Nun soll ein industriell relevanter Prozess entwickelt und auf wirtschaftlich relevante Wafergrößen hochskaliert werden. Am Ende steht eine Technologie zur Verfügung, die die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands auf den Gebieten der Elektronik und Optoelektronik, des Anlagenbaus und der Quantentechnologie stärkt. |
An sich ist es nicht neu, UV-Licht gegen Keime einzusetzen, die wird schon seit mehr als 100 Jahren gemacht: Treffen UV-Strahlen mit Wellenlängen zwischen 265 und 286 nm auf Viren oder Bakterien, zerstören sie die chemischen Bindungen – darunter die DNA der Erreger.
Herkömmliche Methoden basieren auf Quecksilberdampflampen. Doch halbleiterbasierte UV-Strahlungsquellen sind nicht nur langlebiger, sondern auch frei von giftigem Quecksilber. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch geringe Größe und Gewicht aus, weshalb sie sich auch für den mobilen Einsatz sehr gut eignen.
Der Einsatz von Graphen verbessert jetzt sowohl die Energie-Effizienz als auch den Lichtertrag. Eine atomlagendünne, aus Kohlenstoff bestehende Schicht mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und einer hohen optischen Transparenz wird in die UVC-LEDs integriert und damit die Effizienz der Leuchtdioden gesteigert. Das ist neu, denn kommerzielle UVC‐LEDs in Standardbauweise stehen aufgrund fehlender UVC‐transparenter Stromverteilungsschichten bisher nicht zur Verfügung. Graphen besitzt geringe Schichtwiderstände und hohe Transparenz im UVC‐Bereich und ermöglicht damit einen ganz neuen Ansatz, um effiziente UVC‐LEDs herzustellen.
Zentrales Arbeitsziel des Projekts »GraFunkL« ist es, eine Plattform zu entwickeln, die es ermöglicht, großflächig – also auf Wafern bis zu 150 mm Durchmesser – Graphen aufzubringen. Dieser Prozess soll in eine industrielle Fertigungslinie von UVC-LEDs integriert werden können. In Kombination mit der verbesserten Effizienz der neuartigen UVC-LEDs bietet die Herstellung in höheren Stückzahlen die Grundlage dafür, die Technologie besser nutzen zu können und wird dafür sorgen, dass sie sich weiter verbreitet, etwa im medizinischen Umfeld. Darüber hinaus werden in dem Projekt auch weitere Kenntnisse erarbeitet, beispielsweise über das Graphenwachstums auf nichtmetallischen Substraten.
»GraFunkL« mit den Kooperationspartnern von Aixtron, das Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik von Prof. Dr. Gerd Bacher an der Universität Duisburg-Essen, die auf Terahertz-Messtechnik spezialisierte Protemics aus Aachen und ams-OSRAM fördert das Bundesforschungsministerium in den kommenden drei Jahren mit 2,1 Mio. Euro.
»Unser gemeinsames Ziel ist es, diese Technologie marktreif zu machen«, sagt Prof. Bacher. »Das würde die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands stärken – sowohl auf dem Gebiet der Elektronik und Optoelektronik als auch im Anlagenbau.«
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