作者:寇勇 来源:科技日报 发布时间:2016/1/9 14:20:26
选择字号:
解读国家技术发明奖一等奖:具重大节能价值

江风益在实验室

在“只发光、不发热”的LED照明世界里,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。

2003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39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,江风益领着记者穿过一台台(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。

10多年来,江风益团队始终处于“百尺杆头”的激励之中,他动情地说,从过去点“洋油灯”到如今的“中国牌半导体灯”,既是对“中国梦”的真切诠释,也是对“坚定信念、艰苦奋斗,实事求是、敢闯新路,依靠群众、勇于胜利”的井冈山精神的生动践行。

独创未来的“中国之光”

由于LED照明具有重大节能减排价值,是国内外重点发展的战略性新兴产业,因此,江风益团队从科研伊始,便实行技术与工艺互为促进的“两条腿走路”模式,即在研究取得阶段性成果后,适时创建新企业,在产业化过程中使科研成果走向成熟。

最早与江风益团队科研成果对接的企业,是创建于2006年初的晶能光电(江西)有限公司。这家位于南昌高新技术开发区内的高科技企业,2011年即与苹果、谷歌等公司一道,被美国麻省理工学院《科技创业》杂志评选为全球最具创新力企业50强之一。

经过近10年的产业化发展,江风益团队从衬底加工、外延生长、芯片制造到器件封装均发明了适合高光效蓝光LED生产的关键核心技术,且自成体系。通过对工艺、技术的不断升级换代,从LED的小功率芯片到大功率芯片先后实现了量产,并初步形成了独具特色的上中下游产业链,推出了30多种产品,成功应用于路灯、手电、矿灯、射灯、彩屏、家电数码、汽车大灯等通用照明和特种照明领域。按照国家半导体照明工程研发与产业联盟的计算方法推算,2014年销售的硅衬底GaN基蓝光LED产品年节电量达5.8亿度,减排52万吨。

“晶能模式”在市场上形成强劲竞争力的同时,引导了众多国际LED知名企业从事同类研发,有力地提升了我国LED技术及工艺在国际上的地位,同时也使江风益团队的压力陡增。江风益透露,硅衬底红光、黄光等其它光色LED研发技术正在紧锣密鼓地研发之中,目前已日趋成熟。随着“哪里有光、哪里就有LED身影”的国家半导体照明工程的深入推进,他充满信心地表示,具有自主知识产权的LED“中国创造”,将在“起大早赶大集”的LED产业浪潮中映照出夺目的“中国之光”!(原标题:照亮世界 的“中国创造”——解读国家技术发明奖一等奖“硅衬底高光 效GaN基蓝色发光二极管”项目)

 
 
    特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

2016/3/2 22:48:57 DannyKao
引用:“这技术90年代就有了,虽然能做到很便宜,但发光效率,光源质量,寿命都很差,很多家企业,大学都在竞争改善性能。怎么这文章能把这个教授说的独具慧眼,高瞻远瞩,别人都像傻瓜一样。”
别人没做他们做的好,难道他们不能称作独具慧眼?独具慧眼的人当然聪明,但是谁也没说其他人就傻了,请不要再用这么粗戾的语言,这并不能促进大家和平讨论。
2016/3/2 22:43:34 DannyKao
引用:“可不可以这样理解:等硅衬底黄光和红光LED研制出来以后我们才能看到彩色显示的LED屏幕?”不是这样的,硅衬底LED的主要应用是在照明领域,照明与显示的区别,一个是亮度不同,一个是单个光源要求的光谱宽度不同。目前彩色LED显示屏是有的啊,只是里面用了荧光粉,如果不需要荧光粉的LED显示屏问世应该主要看OLED方面。
2016/1/10 20:31:09 rocwings
典型的官样文章,没包含多少有用的信息。
2016/1/10 17:35:38 yakgg
2016/1/10 11:28:15 cyp4168
你说的这几家技术水平都差不多吗?哪家手里的核心专利多? 引用:“Osram, ROHM, Plessey, 随便就能举出这三家,还有很多规模稍微小一些处于第二梯队的,这教授的公司也是其中之一,大家差不多都处于同一水平上,不像这文章里说的那么独树一帜,飘逸绝伦。”

硅基GaN LED从90年代就有人做成功,根本不是文中所谓的“童话故事”,如果核心专利从那时候开始积累, 江教授按他自己声称03年开始做,最好情况下也只是拥有一小部分核心专利。 那些公司技术各有所长, 也有产品批量投放市场。 很怀疑这个江教授是傲立群雄的那一个。
2016/1/10 16:42:34 jinxie
不做假就行
目前已有26条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
三体是灾难?快来了解宇宙中的“两体” 我们的太阳系未来会怎样
气候变化下的植树造林方案 中科院电工所研制世界最高磁场超导磁体
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐