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国家技术发明奖一等奖项目:“中国芯”照亮全世界

中国新闻光明日报 2016年01月09日 09:58 A-A+ 二维码
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江风益在观察一张硅衬底蓝光LED芯片。新华社记者 周密摄

  尽管已有心理准备,但当宣布“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”项目获得2015国家技术发明奖一等奖的时候,与会的南昌大学副校长、国家硅基LED工程技术研究中心主任江风益的眼眶里依然涌出激动的泪花。

  “改变了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国CREE公司垄断碳化硅衬底LED照明芯片技术的局面,形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案三足鼎立的局面。”这是国家863专家组对江风益所率团队研发的硅基LED项目作出的评价。

  LED,即发光二极管,是一种节能环保的冷光源,具有发光效率高、寿命长、体积小、可靠性高、响应速度快和应用范围广的特点,已形成有着巨大潜力的战略性新兴产业。长期以来,国际上的LED照明技术路线,主要由日方的蓝宝石衬底和美方的碳化硅衬底方案所主导,前者更是目前产业界采用的主流技术路线。

  “蓝宝石衬底和碳化硅衬底目前已经形成了LED全行业的布局,专利全在日、美等国手里。”江风益说,“这意味着,如果我国的LED产业仍沿着这两条技术路线发展,势必会因技术壁垒而在市场竞争中处于劣势,只能拼价格、拼规模、拼投资,在中低端照明市场挣扎。”

  2003年底,追踪蓝宝石衬底技术已有7年的江风益团队,把目光对准了硅衬底LED技术。

  “在硅上制备高光效GaN基LED曾一直是学术界梦寐以求的目标。然而由于硅和GaN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的出光效率低等问题长期未能解决,致使当时业界普遍认为,在硅上制备高光效GaN基LED是不可能的。”作为硅基LED项目研发人之一,江风益的助手、国家硅基LED工程技术研究中心常务副主任刘军林回忆,“江教授讲,我们要把不可能变成可能。”

  此后12年,江风益和他的团队把实验楼当成了家。“楼里搞了个小食堂,办公室里摆了张床,经常一个星期不出房。”从设计到实验,从实验到中试,从中试到小规模量产……5000余次实验,贯穿了无数个昼夜,“明天才下班”成为江风益团队的常态。

  2004年,江风益团队开发出硅衬底GaN基LED材料与器件技术;2005年,实验室出产品;2006年,以硅基LED技术为依托的晶能光电(江西)公司成立;2007年,中试成功;2008年,开始小批量试生产,2009年,实现硅衬底小功率LED芯片量产;2012年,成功突破新一代硅衬底大功率LED芯片技术……硅衬底LED技术研发成功及其产业化,是我国LED照明产业从中国制造发展到中国创造的缩影。

  “这个项目创造了LED照明第三条技术路线,已获得授权专利147项,其中国际专利47项,实现了外延芯片核心部件每一层都有专利保护,自成体系,打破了日美等国在这个领域的技术垄断,也避开了与他们发展起来的蓝宝石和碳化硅衬底LED技术路线发生知识产权纠纷。”硅衬底LED项目研发人之一、晶能光电(江西)公司研发副总裁孙钱博士说,“从国家战略层面讲,硅衬底技术是我国拥有自主知识产权的技术路线,可以构建中国完全自主的LED产业。”

  正是基于硅衬底LED技术的成功研发与产业化,日前,江西省出台《关于打造南昌光谷、建设江西LED产业基地实施方案》,提出要大力扶持硅衬底LED技术全产业链发展,推进硅衬底LED原创技术优势加快转化为产业优势,实现由技术制高点迈向市场制高点,把南昌打造成全国的LED光谷,把江西建设成为全国领先、具有国际核心竞争力的LED全产业链研发、制造和应用基地;并明确了今后五年LED产业发展目标:到2020年,江西LED产业主营业务收入要在2015年的基础上翻两番,总量超过1000亿元,力争占全国的比重达到15%。

  “我希望,在不远的将来,‘中国芯’能够照亮世界。这,是我的中国梦。”江风益说。

  (本报记者 胡晓军)

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