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?？箵舨《咀钣行У氖侄尉褪乔袛嗥鋫鞑ネ緩?，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(jìn)行傳播的重大風(fēng)險。因此，大力加強(qiáng)對公共設(shè)施的有效消毒滅菌刻不容緩！

在多種消毒技術(shù)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(xué)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(xì)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(xì)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(shù)，目前在醫(yī)院和餐飲領(lǐng)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(shù)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(shù)相對成熟，但存在以下問題，第一，汞（也稱：水銀）具有強(qiáng)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(jìn)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(lǐng)域大規(guī)模推廣。

2. 基于氮化鎵半導(dǎo)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(rèn)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(shù)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(shù)水平和芯片性能進(jìn)步很快，在一些高端領(lǐng)域已經(jīng)得到批量應(yīng)用，相信類似于半導(dǎo)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(yīng)用。

3. 在公共衛(wèi)生應(yīng)用領(lǐng)域，紫外消毒技術(shù)的有效性和安全性必須得到保障。一方面，對于不同的細(xì)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(dāng)反而會對人造成嚴(yán)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(yán)加管控。因此，理論上講，紫外凈化設(shè)備必須加裝紫外傳感器，對紫外光的強(qiáng)度和輻照劑量進(jìn)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(qiáng)的檢測和校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)設(shè)計也會嚴(yán)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體公司開始關(guān)注深紫外行業(yè)，進(jìn)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(jìn)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(shù)一直被以美國、德國為代表的西方國家壟斷，對我國進(jìn)行技術(shù)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(shù)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(lǐng)域得到了規(guī)模應(yīng)用。