Excimer UV lamp (excilamp)

Excimer UV lamp(Excilamp)는 Excimer molecule을 이용하여 UV light를 발생시키는 장치를 말한다.

고등학교 화학시간에 원자 주위를 도는 전자들의 상태에 대해서 바닥상태(ground state), 들뜬상태(excited state)로 나누어 배운 적이 있을 것이다.

 

Ground state는 전자들이 안정되어 있어서 가장 아래쪽에 차곡차곡 쌓여 있을 때이고 여기서 에너지를 받으면 Excited state로 전자가 올라간다. 반대로 전자가 excited state에서 ground state로 내려오면서는 에너지(빛의 형태도 가능)를 방출한다. 그래서 몇번째 껍질까지 올라갔다가 몇번째 껍질까지 내려오냐,, 등등에 대해서 energy level의 차이로 인해 나오는 빛의 파장이 달라지는 것까지 배웠다.  

 

Excimer lamp(Excilamp) 원리

이와 비슷한 원리로, 물질만 'excimer'라는 것으로 바꿔 생각하면 그게 바로 eximer lamp이다. Excimer라는 물질을 에너지를 가해 excited state로 보내고, 얘가 다시 ground state로 내려오면서 방출하는 빛(여기서는 UV photon이 나온다)을 모아다가 UV lamp를 만든 것이다.

 

 

출처 : Schitz, Dmitry & Lomaev, Mikhail & Skakun, Victor & Tarasenko, V.. (2009). Large-aperture excilamps for microelectronic applications. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 7201. 10.1117/12.807822.

 

Excimer가 뭐야?

Excimers = Excited dimers 로 생각하면 된다. 얘의 성질은 ground state에서는 두 분자가 약하게 결합하거나 거의 결합을 하지 않고, excited state에서 그나마 안정적으로 두 분자가 결합한다. 이러한 성질을 갖는 물질을 살펴보면 Xe2, Kr2, Ar2, XeCl, KrCl, XeBr, ArCl, Xe2Cl(아래첨자로 써지질 않는다ㅠㅠ)같이 noble gas로 이루어져있거나 할로젠원소도 하나씩 껴 있기도 하다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Excimer_lamp#cite_note-mtfj-5

 

 

Excilamp의 적용 및 장점

UV-C가 살균에 효과가 있다는 사실은 다들 알 것이다. 그 원리는 생명체의 DNA가 UV-C light로 인해 damage를 받고 그 결과 더 이상 생존 및 번식이 불가능하게 되는 것이다. 

 

그 중에서도 특히 254nm에서 그 살균 작용이 제일 강하다고 알려져 있는데, 과거에는 그 파장을 수은 램프(253.7nm)를 이용해서 발생시켰다. 이 램프는 수은을 사용해서 환경에 안좋은 영향을 끼치기도 하고, 온도를 높여 에너지를 주는 방식이기 때문에 에너지도 많이 사용할 뿐더러 램프의 성능이 사용환경의 온도에도 영향을 많이 받는다.

반면에 excilamp는 이보다 훨씬 낮은 온도를 유지한다. 따라서 warm up time도 오래 걸리지 않고, 에너지도 덜 잡아먹는다. 이렇게 균을 사멸시키는 데는 excilamp는 222nm의 Krypton-chlorine excilamp를 사용한다.

 

다음 글에서는 222nm Krypton-chlorine excilamp에 대해 다루도록 하겠다.