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中国之光闪耀半导体照明硅衬底LED技术独

2019.12.04 来源: 浏览:0次

  在 只发光、不发热 的世界里,南昌大学教授江风益与他的科研团队孜孜以求十余年,终于开创出拥有完全自主知识产权的、世界上第三条技术路线。得知这条路线被评为2015国家技术发明奖一等奖,江风益坦言 丝毫不敢松懈 。因为,在风起云涌的LED产业发展的世界浪潮里, 中国创造 并不代表其产业的 中国效益 ,迎接他的,将是更多的跋涉与冲刺。

  独辟蹊径的 中国之路

  作为发光二极管的英文缩写,LED照明如今已广为人知。由于其显著的光电节能效应,业内人士断言在不远的将来,它必将取代几乎所有的高中低端传统照明领域。

  在江风益之前,国际上LED技术路线可分为碳化硅衬底和蓝宝石衬底两种,即在碳化硅或蓝宝石的底板上根据发光颜色的不同分别 生长 不同的半导体无机材料(比如蓝光 生长 氯化镓),最终生产出比传统照明节电40% 80%的发光器件。因成本的原因,这两条技术路线俗称为 贵族路线 和 大众路线 ,其发明者曾经分别获得美日两国政府最高科技奖,蓝宝石衬底路线的三位主要发明人甚至摘取了2014年度诺贝尔物理学奖。

  200 年,基于难以逾越的技术保护壁垒等因素,跟踪了上述两条技术路线7年的江风益毅然决定放弃跟踪。几经比较之后,他选择了一条全新的技术路线,即用硅衬底 生长 高光效GaN(氮化镓)材料从而制备蓝光LED。消息传开,国内外业界几乎立马就给这条路线判了 死刑 。

  用硅衬底,虽然成本低廉,但由于硅和GaN这两种材料存在巨大的晶格失配和热失配导致的外延膜龟裂、晶体质量差以及衬底不透明导致出光效率低等问题,长期以来,学术界视之为LED的 童话故事 并望而却步。简言之,硅与GaN存在着巨大的性能差异,要二者相辅相成属于世界性难题,几无成功的可能!

  时年 9岁的江风益却认为,从不可能中找出可能、于个性中遴选出共性,从来就是科学探索的必经之路。抱着 不撞南墙不知究竟 的信念,在南昌大学的鼎力支持下,他带着铺盖一头扎进实验室中,用60万元贷款购买的实验设备和材料,开始了艰苦的科研之旅。

  从科研立项到小试成功的一千多个日子里,在食不甘味、昼夜不察的 新常态 下,随着硅与GaN两个小伙伴从陌生到熟知与相融,LED照明家族中,徐徐打开了一扇属于中国的华彩大门。

  独领风骚的 中国之眼

  经过三千多次实验,通过对70多种材料和4000多个参数设计,江风益科研团队发明了在材料生长和芯片制造过程中克服巨大张应力的方法、结构和工艺技术,在国际上率先研制成功高内量子效率硅衬底蓝光LED外延材料和高取光效率、高可靠性单面出光蓝光LED芯片,其出光方向性和均匀性优于多面出光的其他技术路线,各项指标均处于国际领先地位。

  在南昌大学国家硅基半导体照明工程技术研究中心,江风益领着穿过一台台(套)高精尖的机器设备,来到正在封装的仪器旁。一张张大小不一的芯片被激光点击着,犹如星空中闪烁着的一只只俏皮的眼睛。江风益自豪而兴奋地介绍,三条技术路线均可制备薄膜型芯片,硅衬底技术路线不但成本最低,而且在大功率LED芯片制备上独具优势,同时因为属于原始创新,先后获得了授权国内外发明专利147项(其中国际发明专利76项),这就从根本上避开了与另外两条技术路线发生专利纠纷。

  江风益认为,如果说当初对技术路线的选择有着 撞大运 般的坚守与执着,那么此后科研进程中的点滴成就,都饱含着国人关注的殷切目光,尤其在科研进程的每一个关键节点,都离不开国家有关部门和当地政府堪称 样版 的扶持与鼓励,离不开风投机构的慧眼识珠。

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