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硅衬底

硅衬底 编者按:不就是一项硅衬底LED技术吗?但如果你清楚LED发展历史,或许会由衷发出一声感叹。因为,这是一…

硅衬底

编者按:不就是一项硅衬底LED技术吗?但如果你清楚LED发展历史,或许会由衷发出一声感叹。因为,这是一项改写了半导体照明历史的颠覆性新技术。

  一哄而上又遇经济下 ?滑?,刚刚过去的2015年,曾经风光无限的♀LED行业一如前两年?般惨烈。一年间?,LE㎝D企业数量减少了20%,约4000家企业退出市场。

本文引用地址:http://?www.eepw.com.cn/article/201601/285538.htm

  然而,?接二连三的“倒闭潮”背后还有一>匹“黑马”让人眼前一亮。在南昌,晶能光?电(江西)有限㎡公司不仅年销售额一路飘红≤,而且趟出了一条技术新路。

  “我们的目标是成就世界级半导体照明公司,成?为中国人的骄傲!”C∵EO王敏博士底气十足。°ml工欲善﹣其事必先利其¬器。王敏的底气源自他们掌握的具有自主知识产权的、目前全球领先的÷硅衬底LED技术(硅衬底高光效GaN基蓝色发光二?极管)?。而这一技术也在今年¥国家科学技术奖励大会上,一举摘下国家技术发明一等奖的桂冠。

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  “鸡﹤蛋也要碰石头”

   “用普通的设备,更低成本的工艺生产LED”,美国?麻省理工《科技创业》杂?志20*11年评选的“全球最?具创新力企业50∽强”中,晶能光电凭此与Appple、IBM等公司一同?上榜;∥

  “这一技术改变了日本公司垄断蓝宝石衬底和美国公司垄断碳?化硅衬底半导体照明技术的局面,形成?了蓝宝石、?碳化硅、硅基半导?体照明技术方案?‘三足鼎立’的局面。”国家863专家组?如是评价.?….m.

  一个名不?见经传的LED♂企业缘何获?此殊荣,﹢引起业界内外的广泛关注?事情还要从蓝光LED芯片的制备讲起。

  一般,我们所见到的白·光LE1%D,由?蓝光LED芯片激发黄色萤光材㏒料而来。此前,蓝光LED芯片主要有两种技?术路线,一种是蓝宝石衬底,一种是碳㏕化硅衬底上。其中,蓝宝石衬底技术路线的三位发明者荣获2014年诺贝尔物理学奖,碳化硅衬底技术路线发明者则获得美国∮总统技术发明奖。

 ≒ 而在≥硅衬底上制备高光效LED芯片,虽说一直是学界梦寐以求的目标,世界各国研究者历经四十⊕余年的钻研,却迟迟没有找到克服硅衬底关键技术难点的理想解决方法。

 ≡ “难!”这是LED专家?们对在硅衬底上3制备蓝光LED芯片∏的第一反应!?难在哪儿?制备LED芯片先要在衬底上长出氮化镓发¢光薄膜。可问题是,因硅和氮化镓材料的≧热失配和晶格失配,人们长期无法得到高质?¥量的氮化镓发光薄膜。如此一来,硅?衬底LED芯片%制备自然无从谈起。

  “鸡蛋也要碰石头”。当硅衬底这一技术路线被业界宣判“?死刑”,2003年以?南昌大学江风益教授领衔的研发团队反其向而行——瞄准硅衬底L?ED技术,奋力?一搏!

  并非一时头脑发热。选择硅作衬底前,江风益团队已跟踪研究蓝宝石衬底技⌒术长达10年。但″他们深知蓝宝石衬底尽管是目前市∩场的主流?技术※路线,但受材料所限,很难做?到8—12吋等大尺寸外延,在大规模自动化制造方面也?有一定的局限;且因蓝宝石散热性能差,又难以剥离衬底,故在大功率LED方面具有㈱性能局限性。?碳化硅的?性能有目共睹,可′走的是“贵族路线”,成本高昂,不适℃宜大规模普及。

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  “硅作为一种衬底?材料,与蓝宝石和?碳化硅相比,具有低成本?、大尺寸、高质量、可?导电等优点,被认为是最具前≦途的生长氮化镓蓝光LED的衬底材料,未来照明市场?必将趋向?于选择这种性能好可靠性高且成本低廉的技术路线。*”江风益信心满满。№

  也属幸运,彼时同江风益并肩作战的王敏等人亦?十分看好这㎞条技术路线。“我国?是名副其实的LED产品制造大国,国内L?ED企业均采用蓝宝石技∞术路线,其中布满﹢了LED巨头精心埋下的专利地雷。过去10年,许多LED?企业曾为此吞下苦果?。”谈起初衷,低沉的话语⊥中是王敏沉甸∫甸的责任感。在王敏看来,DVD受制于他国的教训警醒我们,国外LE㎜D大厂“放水养鱼”的功夫已炉火纯青,LE?D专利大战随时有一触即发的可能,“硅衬底技术路线是唯一有有§可能冲破国外专利封锁的?机⊙会?。”

  矢志不渝。2m004年研发团队在国际上率先攻克硅衬底氮化镓基3LED材料与器件技=术。2005年实≠验室出样品,2006年?创办㏑晶?能光电,2007年中试成功,2?008年小批量试生产,2009年?量产……多年艰苦卓绝∷的攻关研发,晶能光电的硅衬底LED技术日臻?成熟。

  更重要的是,以此技术为核?心㎎,晶能光电已申请(含授权)国际国内专利330多项,在LED外延生长、芯片制造、封装及应用等?领?域均有布局,成功避开了众多国外LED公司的专利封锁。而?且事实印证,硅衬底LED寿命超过£6=万小时?,性能媲美国际大厂,成本?最低!据⊿计算?,硅衬底、蓝宝石衬底∷和碳化硅衬底制?作薄膜型LED芯片的制造成本比为1:1.3:3.6。

  “黑暗中的摸μ索”

  看着今天晶能光电硅衬底LED技术的成功,很多人艳?羡不已。但鲜有人知的是,彼时他们选℡择硅衬底技术路线,被斥为异想天开。

  质疑并?非毫无来由。同40多年+前曾经?研究硅衬底的I◎BM及马德伯格大学等知名院校相比,﹣这支最初仅有几人的研发团队,无论是资金实力还?是研发实力方面的悬殊都不是一点点。“这项技?术,国外都?没有突破,你们凭什么能够成功?”“用不了多久,硅衬底技术将‘胎死腹中’”。从选择硅衬底技?术?路线的那天?起,类似的唱衰声便不绝于耳。

  回首当年,王∧敏坦陈那是?一段?“在黑暗中摸索”℅的历史。不过,面对纷涌而来?的冷嘲热讽<,他淡然㏄一笑——不反击亦不回避。他说,有$质疑很正常,“质疑是∪另外一种动力,最好的回答是把事情做好,用事实说话。”

?  于硅衬底LED技术而言,最大的“∣拦路虎∴”是硅和氮化镓材料?的热失配和晶格失配:硅和氮化镓之?间热膨胀系数差异高?达∝57%,硅上氮化镓薄膜材料在1000多度生长后骤然降到室温的过≯程?¤中,受到巨大的张应力从而发生龟裂,无法满足制作器?件的基o本需求;硅和氮化镓之间晶格失配则高达19%,这就使得外延膜中产生过高位错密2度进而导致晶?体质量差,无法获得高质量?LED。

  ㎏如何攻?克这一世界级难题??患有严重腰?椎间盘突出椎管狭窄症的江风益身先?士卒,在≌实验室准备了一张床,从∈此吃睡在那?里,每天十几个小时不〒间断√地试验。历经三千多次的尝试,×他们?终于迎来“雨后彩虹”:在硅上成功生长出氮化镓发光薄膜,达到实?用水平。

  “下一步,要产业化!新时代,我们没有理由再点洋半导体灯!”初尝喜∟悦成果的江风益,这样憧憬着未来。

  “理想很丰满,现实很骨感”。忆及晶能光电在硅衬底LED产业化路上几次濒临生死边缘的过往,如今发色已渐变为“奶?奶灰”的王敏感慨,“当年的选择全凭一腔热血,若早早预料到会有此后的种?种,可?能会后怕。”

  的确,硅衬底LED技术实验室阶段取得成功,??只是万里长﹥征走完了第≮一℉步。正如现任晶能光电首席技术官的-赵汉民所说,研发成功和实现量产是两个完全不同的阶段,在研发阶段,10?0个样品中有一个合格就算成功了,但实现产业化,?你要保证100个都是?合格的,这中间要跨越的鸿沟难以想∠象×。

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  以硅衬底加工为例。“在实验室阶段可行,到试生产阶段却‘失灵’了。”赵汉民告诉记者,?实验室阶段‰,由于产品数量少用于硅衬底加工mol的液体浓度与∶时间都很?容易掌控,而到了试生产阶£段,一方面浸泡?的硅衬底数量多,另一方面市场/上没有与硅衬底相匹配的设备,这就?导±致产品良率大幅下降。“?一开始,良率甚至只有5%,比在实验室的时候糟糕∑多了,看到结果的那一刻≈,整个人都傻掉了。”王敏回忆说。?“开弓没有回头箭”,只能买回相近设备,摸索着一点点改造‖。“这一改就是一年多!”

关于更多硅衬底内容,可以收藏本网页。杨一民案 解密国家技术发明一等奖:硅衬底LED技术

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作者: mgnqyz

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