公共場所消毒滅菌：期待高性能紫外光源與紫外傳感器

2020年注定是不平凡的一年，年初爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎肆虐全國，讓國人越來越意識到公共衛(wèi)生的重要性。抗擊病毒最有效的手段就是切斷其傳播途徑，居家隔離不出固然有效，但人們的生產(chǎn)和社交活動不可能脫離公共場所，這就存在病毒通過空氣和直接接觸在公共交通工具、教室、商場、醫(yī)院、甚至街道進行傳播的重大風險。因此，大力加強對公共設施的有效消毒滅菌刻不容緩！

在多種消毒技術中，利用深紫外光照射來消毒滅菌是最有效的方法之一，具有無色、無味和無化學殘留等諸多優(yōu)點。紫外線消毒原理是利用280nm以下的UVC波段高能深紫外光子直接破壞微生物（細菌、病毒和病原體）的DNA或RNA遺傳物質(zhì)，通過阻斷其繁殖來實現(xiàn)高效快速的廣譜滅菌效果。相比之下，其他波段的紫外光，如280nm以上的UVA和UVB波段，則最多只能起到抑菌效果，不具備殺滅細菌和病毒的能力。紫外光消毒實際是一項已經(jīng)使用多年的技術，目前在醫(yī)院和餐飲領域得到了廣泛采用，但隨著公共場所消毒需求的大幅度增加，該技術的發(fā)展也面臨新的挑戰(zhàn)：

1. 傳統(tǒng)的紫外消毒光源是以紫外汞燈為主，技術相對成熟，但存在以下問題，第一，汞（也稱：水銀）具有強烈的環(huán)境和生物毒害作用，中國是已開始生效的《水俁公約》簽約國之一，根據(jù)該公約我國從2020年起須逐步禁止生產(chǎn)和進口含汞產(chǎn)品；第二：紫外汞燈普遍存在體積大、功耗高和壽命短（千小時量級）的缺點，難以在白色家電（如空氣凈化器和飲水器）領域大規(guī)模推廣。

2. 基于氮化鎵半導體的深紫外發(fā)光二極管（LED）是紫外消毒光源的主流發(fā)展方向。由于其具備LED冷光源的全部潛在優(yōu)勢，深紫外LED是公認的未來替代紫外汞燈的綠色節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。但深紫外LED技術門檻很高，目前還是處于發(fā)展階段，在光功率、光效、壽命、成本等方面還有待提升。近年來，深紫外LED的技術水平和芯片性能進步很快，在一些高端領域已經(jīng)得到批量應用，相信類似于半導體照明白光LED的發(fā)展，深紫外LED未來也一定會得到廣泛應用。

3. 在公共衛(wèi)生應用領域，紫外消毒技術的有效性和安全性必須得到保障。一方面，對于不同的細菌和病毒要滿足足夠的紫外輻照劑量和時間，否則不能滅活；另一方面，深紫外光不能直接照射裸露的皮膚、眼睛，如果使用不當反而會對人造成嚴重傷害。由于深紫外光肉眼完全不可見，對其使用的有效性和安全性必須嚴加管控。因此，理論上講，紫外凈化設備必須加裝紫外傳感器，對紫外光的強度和輻照劑量進行實時測量，確保消毒滅菌過程的徹底和可靠，否則就會給用戶帶來很大的衛(wèi)生隱患。

4. 現(xiàn)有紫外光強的檢測和校準標準仍不規(guī)范；紫外光源廠家虛報功率值和壽命的現(xiàn)象時有發(fā)生，紫外光源的表面沾污和不良光學設計也會嚴重影響紫外光的輸出效果；同時，傳統(tǒng)的硅光電二極管對UVC波段的深紫外光響應度很低，且極易受背景白光和其他波段紫外光的干擾，不適合用于消毒紫外光的監(jiān)測。近年來出現(xiàn)的基于第三代半導體材料的紫外傳感芯片產(chǎn)品可以有效克服以上問題，并已經(jīng)表現(xiàn)出卓越的性能，值得大規(guī)模推廣應用。

以下簡述國內(nèi)深紫外LED芯片與紫外傳感芯片的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況：

目前市場上高端的深紫外LED產(chǎn)品仍主要以日本、韓國廠商為主，不過越來越多的國內(nèi)半導體公司開始關注深紫外行業(yè)，進行了深度布局。青島杰生（圓融光電）從2008年開始一直深耕深紫外LED市場，目前可以實現(xiàn)深紫外LED芯片量產(chǎn)銷售，并自主進行深紫外封裝、模組產(chǎn)品生產(chǎn)銷售，布局了整個深紫外芯片-封裝-模組產(chǎn)品鏈。

除青島杰生外，傳統(tǒng)照明LED芯片巨頭三安光電和初創(chuàng)公司武漢深紫也于2019年實現(xiàn)了深紫外LED芯片量產(chǎn)，其中三安光電是以銷售深紫外LED芯片為主，處于整個行業(yè)產(chǎn)品鏈的上游；而武漢深紫則主要基于自己研發(fā)的芯片制作深紫外LED封裝及模組產(chǎn)品，但對外不提供核心深紫外LED芯片。此外，國內(nèi)正在研發(fā)深紫外LED芯片的公司還有中科潞安、華燦光電、鴻利秉一（主營封裝，芯片采購自LG）等白光LED行業(yè)巨頭。

和深紫外LED芯片類似，多年以來高性能紫外傳感芯片技術一直被以美國、德國為代表的西方國家壟斷，對我國進行技術封鎖和高價銷售。這一狀況近年來被蘇州鎵敏（前身為鎮(zhèn)江鎵芯）所打破。目前，鎵敏光電是國內(nèi)唯一擁有紫外傳感芯片技術的公司，所開發(fā)的高端氮化鎵和碳化硅紫外傳感芯片已投入大批量生產(chǎn)，在飲用水、空氣、食品、衣物和醫(yī)療器械等紫外凈化領域得到了規(guī)模應用。