国家技术发明奖一等奖硅衬底蓝光LED技术攻关路

国家技术发明奖一等奖硅衬底蓝光LED技术攻关路
2016年01月08日 17:59 新华网

  新华社南昌1月8日电 题:让“中国芯”照亮世界——记国家技术发明奖一等奖硅衬底蓝光LED技术攻关路

  新华社记者刘菁 沈洋

  巴掌大的蓝色圆形硅片上,一层层“生长”着多种半导体材料,两千个毫米见方的芯片整齐分布其中。由电变光,芯片发出神秘的幽蓝光,投射到荧光粉上,顿时柔和的白光洒射开来。

  正是这小小的硅衬底蓝色发光二极管的诞生,使中国成为世界上继日美之后第三个掌握蓝光LED自主知识产权技术的国家、唯一实现硅衬底LED芯片量产的国家。

  “中国芯”,令国人骄傲、世界震动。2015年度国家技术发明奖一等奖,花落“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”。获奖的背后,是一颗颗跃动的中国心,是一簇簇永不停歇的自主创新,是一个持续19年的蓝光梦。

  “中国芯”的诞生:用创新来造芯

  文明与光源同行。火把照亮了人类文明的萌芽,爱迪生的白炽灯促使电气时代降临,日光灯推动技术时代前行,第四代光源半导体发光二极管(简称LED)则是绿色照明时代的革新。

  早在1962年LED就问世。正式作为照明光源,是日本1993年取得的突破,这项蓝宝石衬底LED技术获得2014年诺贝尔奖。1995年,美国成功研发碳化硅衬底LED技术,获得2003年美国总统技术发明奖。

  LED灯节能环保优势明显,各国纷纷鼓励推广。本世纪初,我国LED上游产业几乎空白,下游应用刚刚起步,功率型芯片全部依赖进口,日美技术霸占全球市场。

  为抢占新兴产业先机,从“十五”开始,科技部率先支持LED技术和产业发展,成立国家半导体照明工程协调领导小组,提高中国LED技术国际竞争力。

  当日美技术路线纷纷取得突破,一位三十岁出头的年轻人也开始憧憬中国的蓝光梦。他,就是硅衬底LED技术的领衔教授、南昌大学副校长江风益。这个蓝光梦,一做就是19年。

  1996年,在南昌大学一间40平方米的实验室里,江风益揣着60万元贷款开始了追梦,跟踪日本技术做中国的LED。四年后,他成功试制出蓝宝石衬底蓝、绿、紫光LED,其中蓝光LED投入量产。

  国内完全依赖进口LED芯片的历史改写,但江风益很快陷入了新的担忧。国内LED下游企业越来越多∩致命的是,技术专利都掌握在日美手中,行业随时可被扼喉。

  “做真正的中国芯!”

  江风益决心不做国外技术的影子,而是自主创新寻找“中国芯”的路径。2003年,江风益大胆选择硅衬底氮化镓技术路线。

  这是一条国外少数知名企业大量投入却攻关未果的路线,这是一条被外国同行判了技术“死刑”的路线。抉择源于创新的驱动,风险面前,江风益抱定“中国芯”的梦想,“技术跟踪总走在别人后面。只有创新,才能超越!”

  人才不足,就多投入精力。五千多次实验,夜以继日。饿了,叫盒饭在实验室里吃;累了,在实验室的小床上打个盹。长期弯腰工作,江风益患上了严重的腰椎间盘突出椎管狭窄症,步行不到50米就得蹲下。

  经费有限,就自己动手组装实验装备。进口设备花费几千万元不说,还受国外工艺局限;自己组装充分体现我们的技术思路。江风益笑说:“这是没钱的好处。”

  2003年12月的一个寒冬日,实验室内硅衬底蓝光LED发出了一丝微光。当其他人遗憾不够亮时,江风益大呼“很亮”!

  星星之火可以燎原,创新的勇气、魄力同样点燃希望的曙光。2004年,硅衬底LED取得突破性进展,中国打破日美垄断,形成全球LED技术三足鼎立局面。目前其电光转换效率超过60%,获得授权专利147项,其中国际专利47项。

  名副其实的“中国芯”诞生了!

  中国造的历程:创造而非制造

  如果说“中国芯”是一次技术创新,那么造芯则是又一次生产力转化创造。

  2010年,科技部批准依托南昌大学团队组建国家硅基LED工程技术研究中心。“科研工作企业化”是江风益的又一创新性制胜“宝典”。他采取“关键技术科研人员攻关,操作实验交给工人和生产线”的方法,教会工人来做“研究”∑研人员把实验程序编好交给工人,工人24小时3班实验不停歇,第二天一上班数据就摆在桌上了。这一机制明显加快了攻关进程。

  躺在实验室里的“中国芯”没有生命,真正产业化才是国际竞争力。2006年,晶能(江西)光电有限公司应运而生,开始了硅衬底LED技术的产业化之路。试生产时,各种功率产品生产标准不一,合格率非常低。3个月没日没夜地反复试验,一个个技术瓶颈被打开。

  2009年,晶能光电在全球率先实现硅衬底小功率LED芯片量产;2012年,又实现硅衬底大功率LED芯片量产,这标志着硅衬底LED技术产业化的成熟,国际半导体照明联盟将其列为年度新闻事件。我国在硅衬底LED领域因此占据了技术和产业化两大高地。

  产业化最艰难时,一批海归人员毅然回国加入晶能光电。他们说:“我们是中国人,在国外学习,为的就是有一天照亮中国自己的LED产业梦!”

  如今硅衬底蓝光LED技术的产品用户超过300家,几乎覆盖全部照明领域。中国芯,中国造,晶能光电CEO王敏博士说:“DVD的覆辙不会在LED产业上重蹈了!”

  蓝光梦的延续:中国芯照亮世界

  作为新一代革命性照明技术,LED被作为提升传统产业、培育新兴产业的重点领域之一。而韩国三星、日本东芝等知名企业已经开始跟踪硅衬底LED技术。

  在南昌,以硅衬底LED技术为核心聚焦了12家企业,覆盖全产业链。王敏说,打造具有核心竞争力的LED产业链,不仅要有强大的中国芯,还需要形成包括高端装备、原材料、封装器件、应用在内的产业集群。

  一项打造“南昌光谷”的蓝图振奋着江西。江西决定,把南昌打造成全国的LED光谷,建成具有国际核心竞争力的LED全产业链研发、制造和应用基地,到2020年LED产业主营业务收入超过一千亿元,占全国15%,其中硅衬底LED技术收入达到五百亿元。

  实验室里,获奖团队仍然在向新的高点进军。江风益说,我们正努力攻关黄光、绿光LED,使无需荧光粉的LED照明成为现实。“在不远的将来,要用‘中国芯’照亮世界!”

中国芯南昌大学
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