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晶能光电:“双碳”政策下的绿色先行军
 【发布时间:2021年12月21日】 【来源:经济晚报】 【作者:陈玮】

  半导体发光二极管(以下简称LED)是一种体积小、能耗低、寿命长的新型冷光源,是当今IT领域基础性元器件之一,它除了在各种工业设备、仪器仪表、通讯、交通、金融、家用电器、室内外装饰上广泛用作信息的指示、显示和传递之外,还将逐步替代白炽灯和荧光灯作照明用,将引发一场照明工业的技术革命,具有极为广阔的市场前景。
  在GaN基半导体发光材料领域,来自江西的晶能光电有限公司(以下简称晶能光电)就创新发展出第三条半导体照明技术路线---硅衬底LED技术路线,在高端LED照明市场拿下“高分”,实现进口替代。
  晶能光电成立于2006年2月,是专注于大功率LED芯片、器件和第三代半导体GaN材料开发与生产的高科技企业。据介绍,企业拥有国际化的技术团队和管理团队,具备持续创新的、先进的大规模生产制造和管理能力,并始终秉承创新和本分的基因,致力于为全球消费者提供全方位的高端LED照明、微显示和GaN器件的产品和解决方案。
  记者了解到,晶能光电在硅衬底GaN技术领域已耕耘近二十载,在全球率先实现硅衬底GaN技术在LED领域的产业化和市场应用,开创了全球第三条蓝光LED技术路线,累计在全球申请或拥有440多项专利,其中硅衬底GaN基蓝光LED技术获得2015年度国家技术发明奖一等奖。同时,该企业凭借硅衬底GaN材料技术优势,在硅衬底Micro LED和GaN HEMT的材料研究领域具有深厚积淀。

外延生长车间设备检测

  梦想让“中国芯”点亮世界
  晶能光电自主创新核心技术——硅衬底氮化镓基LED技术。在LED的制备上,上游外延材料是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素,也是公认的半导体照明产业技术发展的基石。
在硅衬底技术问世之前,LED制备已有两条技术路线实现产业化,一是日本公司的蓝宝石衬底技术,一是美国公司发明的碳化硅衬底技术。
  在业界看来,这两条技术路线的优缺点都很明显。蓝宝石衬底强度高、耐冲刷,高温下化学性质稳定。不过,蓝宝石是绝缘体,无法制成应用于大功率领域的垂直结构的器件;此外,蓝宝石硬度高,散热差,难以薄化和切割。所以,用蓝宝石衬底制作大功率LED ,局限性很大。碳化硅倒是克服了蓝宝石的这些“毛病”,材料属性上是易形成导电的半导体,可以做垂直结构,导热性能也要比蓝宝石高10倍以上。但,碳化硅技术门槛很高,成本同样很高,所以这一技术问世后主要布局于大功率LED以及高端市场。
  而硅衬底技术出现,恰好集中了两者优势,容易获得低成本、大尺寸、高质量的衬底,可大幅降低大功率LED造价。
  国家863专家组当时这样评价这一发明: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。
  硅作为衬底材料的优点很突出,但要在硅衬底上制备高光效LED芯片却一直是个世界级难题。难在哪呢?据介绍,难在制备LED芯片先要在衬底上长出氮化镓发光薄膜,因为硅和氮化镓材料存在严重的热失配和晶格失配,各国研究者穷尽40余年钻研,迟迟没有找到攻克关键技术难点的理想方法,硅衬底这一技术路线也因此一度被业界宣判“死刑”。
  2003年,江风益研发团队在尝试过多种新材料后,再次瞄准用硅衬底生长LED材料,决心奋力一搏。前前后后历经3000多次科学实验,江风益团队终于在硅上成功生长出氮化镓发光薄膜,性能达到实用水平。
  2005年实验室出样品,2006年创办晶能光电,2007年建工厂,2008年小批量试生产,2009年显示用小功率LED芯片量产,2012年大功率LED芯片量产……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。
  2011年,美国麻省理工《科技创业》杂志评选的“全球最具创新力企业50强”中,晶能光电凭此与Apple、IBM等公司一同上榜;2012年,晶能硅衬底大功率LED芯片量产,被国际半导体联盟ISA评为“2012年度新闻事件”;2014年8月,美国能源部《固态照明研究与发展制造蓝图报告》中称,“晶能光电是硅衬底LED技术的最早实践者,并在2012年6月开始量产硅衬底GaN基LED芯片”;2016年,“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”项目获得国家技术发明奖一等奖……
  经过十多年的工序改善和技术迭代,该企业产线如今的良率高而稳定。晶能光电(江西)有限公司副总裁王志告诉记者,“比如晶能的手机闪光灯失效率。行业的要求是20ppm,就是每百万颗led灯珠,它只允许你20颗失效。现在公司能做到低于4ppm的水平,即每百万颗少于4颗失效,甚至很多批次做到了0ppm,远好于行业要求的20ppm。”

芯片-自动分选车间操作员正在调试机台

  “双碳”政策绿色先行军
  10年时间,晶能光电打通从上游到下游一条完整的产业链:
  上游的晶能光电是全球排名前列的大功率LED光源提供商;
  中游封装的晶能半导体是中国最大的大功率LED陶瓷封装企业;
  下游的中节能晶和科技是全国最大的道路照明合同能源管理运营厂商,其LED隧道灯2020年出货量全国最大。
  2012年,中国节能环保集团落户江西,寻求合作伙伴。南昌市政府和南昌高新区主动当起了“红娘”。起源于晶能光电应用事业部的江西省晶和照明因此吸引了中节能环保集团的投资,更名为中节能晶和照明有限公司。晶和照明总经理陈昕表示,“几年时间,晶和照明做到了全国市政照明合同能源管理领域第一名,截至2020年底,已改造更换54.2万盏路灯,实现节约电量33254万千瓦时。”
  随后,晶能拿下了几个市政照明改造项目。产品用上后,各项工况指标、节能效果反馈都很不错。南昌八一大桥、紫阳大道上的路灯十多年都没有出现损坏。
  2016年,借着“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”获奖东风,江西省正式谋划筹建南昌光谷。江西省和南昌市两级政府都提出以硅衬底GaN基技术为技术支撑,锻造江西LED产业核心竞争力,致力硅衬底LED技术应用优势放大。
  晶能带动的硅衬底LED整条产业链在不断延伸。在高端照明领域,全球每4部手机就有一个用的是晶能的闪光灯;在移动照明领域,全球每3个手电筒就有一个用的是晶能硅衬底LED芯片;汽车前大灯大功率LED光源方面,晶能在国内率先通过IATF16949体系认证,并通过AECQ-102产品认证,拿到进入汽车电子的两张“门票”,是国内第一家进入主机厂的光源。2020年,很多企业的日子都不好过,但跟着晶能潜心耕耘硅衬底LED的产业链主力企业,普遍实现了10%-30%的增长,带动的产业链产值超过200亿元。


  文章录入:胡燕梅        责任编辑:刘启昭       访问次数: 次 
 
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