江西南昌大力推動硅襯底發(fā)光二極管藍(lán)光技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

一項(xiàng)新技術(shù) 這樣長出一個(gè)產(chǎn)業(yè)集群

從實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)技術(shù)突破，到延伸產(chǎn)業(yè)鏈、擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)集群，20多年來，中國在研發(fā)應(yīng)用硅襯底LED藍(lán)光技術(shù)上蹚出了一條自己的路。目前，硅襯底LED技術(shù)路線已經(jīng)成為世界三大LED技術(shù)路線之一。

黨的二十大報(bào)告提出，提高科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平。原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)如何實(shí)現(xiàn)?新技術(shù)如何打通從科研到應(yīng)用的“最后一公里”?記者近日深入調(diào)研硅襯底LED藍(lán)光技術(shù)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)及全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況，剖析這項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)從研發(fā)到大規(guī)模應(yīng)用的歷程。

——編 者

杭州第十九屆亞運(yùn)會上，蓮花造型的奧體中心體育場、富陽水上運(yùn)動中心等多個(gè)運(yùn)動場館，流光溢彩，引人贊嘆。觀眾可能并不知道，這些點(diǎn)亮夜晚的光源，有不少來源于我國突破的硅襯底LED芯片技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)的起點(diǎn)，則在江西南昌。

全球約每3部智能手機(jī)，便有1部運(yùn)用了硅襯底技術(shù)LED手機(jī)閃光燈;全球每3個(gè)手電筒，就有1個(gè)用的是硅襯底LED技術(shù);不少城市的道路照明設(shè)施和隧道燈都已大量采用硅襯底LED芯片，產(chǎn)自南昌的LED隧道燈已經(jīng)做到同類產(chǎn)品全國出貨量排名靠前……隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，硅襯底LED技術(shù)已經(jīng)成為世界三大LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線之一。

一系列成績的背后，是一項(xiàng)新技術(shù)不斷革新和產(chǎn)業(yè)化的歷程。

突破一項(xiàng)技術(shù)

4000多次試錯(cuò)，終于探索出全球第三條藍(lán)光LED技術(shù)路線

2004年，南昌大學(xué)江風(fēng)益教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)硅襯底LED藍(lán)光技術(shù)取得突破，引來世界矚目，由此形成了藍(lán)寶石、碳化硅、硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。

LED是發(fā)光二極管的簡稱，是第三代半導(dǎo)體發(fā)光光源，作為一種節(jié)能環(huán)保的冷光源，是電子信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)性元器件，市場應(yīng)用廣泛。“當(dāng)時(shí)，我們瞄準(zhǔn)了在硅襯底上生長氮化鎵基材料這一冷門技術(shù)方向。”江風(fēng)益坦言，“這是一條幾乎被外國同行放棄的技術(shù)路線。”

為什么會被放棄?原來，在LED的制備上，上游材料生長是決定LED顏色、亮度、壽命等性能指標(biāo)的主要因素，也是公認(rèn)的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。制備LED芯片要先在襯底上長出氮化鎵發(fā)光薄膜，而硅和氮化鎵材料存在嚴(yán)重的熱失配和晶格失配，各國研發(fā)人員多年鉆研，始終沒有找到攻克關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)的理想方法。

當(dāng)時(shí)，藍(lán)光LED芯片制備已有藍(lán)寶石和碳化硅襯底兩條技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但兩項(xiàng)技術(shù)的主導(dǎo)權(quán)都掌握在國外同行手里。

2003年11月27日，江風(fēng)益將行軍床搬進(jìn)南昌大學(xué)幾間小小的實(shí)驗(yàn)室，和團(tuán)隊(duì)開始了艱難的攻關(guān)探索。當(dāng)年12月28日，硅襯底藍(lán)光LED實(shí)驗(yàn)材料發(fā)出的一絲微光，讓大家欣喜不已。“盡管還不夠亮，但已經(jīng)是巨大的突破，這螢火蟲般的微光，恰恰是希望之光。”說起那時(shí)的情景，江風(fēng)益依舊難掩激動。

2004年，經(jīng)過4000多次的試錯(cuò)，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)在國際上率先攻克了硅襯底上生長氮化鎵基LED材料的難題。“這將是一條嶄新的賽道，由我們主導(dǎo)的賽道!”當(dāng)時(shí)一直在配合江風(fēng)益工作的王敏，敏銳地察覺到這項(xiàng)技術(shù)可能給行業(yè)帶來的變革。

此后，王敏與江風(fēng)益聯(lián)合創(chuàng)立晶能光電(江西)有限公司，推動硅襯底LED藍(lán)光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。在南昌大學(xué)400多平方米的實(shí)驗(yàn)室里，一個(gè)“實(shí)驗(yàn)室+企業(yè)”的新形態(tài)正式運(yùn)轉(zhuǎn)起來。“那個(gè)時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跏侨�天候運(yùn)轉(zhuǎn)，被大家稱為‘不熄燈的工作室’。”王敏說，“實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品數(shù)據(jù)顯示，新產(chǎn)品光效高且抗大電流能力強(qiáng)，這給了我們很大的信心。”

造出一條生產(chǎn)線

從實(shí)驗(yàn)品到產(chǎn)品的路，用了幾年才走完

2012年，晶能硅襯底大功率LED芯片量產(chǎn)，被國際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟(ISA)評為“全球半導(dǎo)體照明2012年度新聞事件”。2004年技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，2006年晶能光電成立并開始推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，為什么2012年才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?

如果說，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)攻克硅襯底藍(lán)光LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的突破，那么晶能光電的成立則是立志于“從1到10”的跨越，意味著成果要從實(shí)驗(yàn)室走出來，迎接大規(guī)模的量產(chǎn)。這個(gè)過程中出現(xiàn)的困難是當(dāng)初每個(gè)人都沒有想到的。

2006年，拿到風(fēng)投資金的王敏信心滿滿，決心干出一番事業(yè)。廠房拔地而起，設(shè)備迎接調(diào)試，一張張嶄新的面孔被吸納進(jìn)公司。2007年10月27日，晶能光電正式入駐南昌國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。

2008年5月，第一批產(chǎn)品正式下線。大家滿懷期待，可良品率卻起伏不定，離量產(chǎn)期望差距不小。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)夜以繼日地分析、調(diào)整，良品率逐步穩(wěn)定并不斷提升。

江風(fēng)益坦言，硅襯底LED芯片技術(shù)容錯(cuò)率不高，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)溫度的變化都會對產(chǎn)品有影響。實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的產(chǎn)品“走進(jìn)”廠房，難免會出現(xiàn)一些紕漏和瑕疵，而每個(gè)微小的紕漏和瑕疵，最終就會疊加成一個(gè)嚴(yán)重問題。

解決問題的關(guān)鍵，仍然是技術(shù)攻關(guān)。企業(yè)一面不斷招收技術(shù)人員，一面推動研發(fā)骨干走進(jìn)生產(chǎn)線，成為一線工程師，帶著工人們一同攻關(guān)。在這樣的背景下，從成都電子科技大學(xué)微電子專業(yè)畢業(yè)的黃濤等人，走進(jìn)了晶能光電，成為助理工程師。

“一進(jìn)公司，我們就被分到生產(chǎn)線上。當(dāng)時(shí)技術(shù)部門列出了十大難題，包括發(fā)光材料起翹、硅芯片掉電極等，因?yàn)闆]有文本參考、沒有成熟技術(shù)可借鑒，面對40多個(gè)生產(chǎn)工序，我們既當(dāng)技術(shù)員，又當(dāng)操作員，決心一定要啃下硬骨頭。”黃濤回憶。

在許多人的不懈努力下，2009年，數(shù)碼顯示用小功率LED芯片量產(chǎn)，并達(dá)到了較高的良品率。又經(jīng)過3年的苦心磨礪，2012年，晶能光電一舉突破了硅襯底大功率LED芯片量產(chǎn)的瓶頸，產(chǎn)品良品率超過60%，超出預(yù)期20多個(gè)百分點(diǎn)。“那一天，是2012年12月30日。”王敏記憶猶新。

(關(guān)鍵字：LED)