向终结“爱迪生时代”进发(图)

http://www.sina.com.cn 2003年09月22日11:53 青岛新闻网-青岛日报

编者按在今年啤酒节的　　主场地———啤酒城的城门柱上，一种色彩艳丽、闪烁变幻的装饰彩灯，可能并没有太多人对它的“身世”留意，它就是澳柯玛开发出的“半导体灯”。据了解，这种装饰彩灯今后将更多地出现在城市的美化和亮化中。这种耗电极低，美化和亮化外观效果比传统灯具更好的灯具，是一种冷光源，其核心部件就是“超高亮度发光二极管外延芯片”。它的出现，标志着我市家电电子产业又一次出现新突破。

　　到目前为止，澳柯玛设在保税区内的企业已开始规模生产超高亮度发光二极管外延芯片，并已初步开发出各种光色的灯具，可广泛替代霓虹灯，用于广告、信号以及作为草坪、庭院的景观灯和楼形灯、地埋灯等，低成本地装饰、美化环境。光源设计技术和制造技术，已达到国内先进水平，公司生产的光源亮度等诸多方面均处于国内最高水平。

　　目前，在规模化生产各类较大功率这类光源以及各类灯具的同时，澳柯玛正在紧紧跟踪国内外技术发展趋势，争取在进一步提高亮度和开发低成本民用照明方面，不断取得新的突破，最终形成集光电子、半导体材料的研发、生产、推广

　　为一体的光电产业基地。

　　博士解读“半导体灯”

　　青岛澳龙光电科技股份有限公司，就设在保税区内一座体量不大的建筑物里。就是在这座环境超净的建筑物里，我市第一次生产出了“半导体灯”的核心部件—超高亮度发光二极管外延芯片。

　　对大多数人来说，只知道具有单向导电特性的半导体的出现，最终代替了笨重的电子管，演变出了超大规模集成电路，引发了微电子革命，却不知道半导体还有发光的特性，不知道“半导体也能当灯用”。

　　公司副总经理岳金顺博士说，其实，早在40多年前，科学家们便发现了半导体的发光现象。当时研究者们开始试探性地从半导体晶体中“榨取”光。半导体晶体被密封在透明的塑料里，通上电，在电流的驱动下，电子从高能级上向较低能级跃迁，从而发出光子稳定在较低能级上，由于高低能级差是一定的，这一过程中释放出单色性很好的光。但早期的发光半导体只能产生昏暗的红光或绿光，主要适用于钟表和计算器的显示。

　　科学家们认定，这种稳定的冷光，非常有用，所以进行了不懈的努力。随着时间的推移和技术的进步，新的发光半导体材料不断被发现。10年前，工程师们利用一种新的半导体晶体—磷化铟镓铝，产生出一种亮得多的红光；同时，日本一家公司的工程技术人员，利用氮化镓开发出了第一支实用的蓝光发光二极管。这一小小的进展产生了巨大的影响，因为蓝、绿和红光发光二极管结合起来，能够生成我们需要的大多数颜色的光。目前，在技术上，已经能够利用发光二极管产生所有调色板上的光色，也就是说，不仅可有各色艳丽的彩灯，还可以“合成”为适合生活中照明用的“白光”。

　　近年来，半导体的生成和加工技术不断提高，人们熟知的硅、锗及砷化镓等第一代和第二代半导体材料，已经广泛应用到我们的生活中。新一代半导体材料则是元素周期表中的Ⅲ－Ⅴ族元素化合物。高亮度发光二极管就是由Ⅲ－Ⅴ族元素化合物精制而成。正像过去微电子的发展历程一样，半导体的发光强度，一年一个样，越来越大，开始有了更多的应用范围。可以说，半导体技术继引发了第一场产业革命———微电子革命后，正孕育一场新的革命———照明革命。

　　就像微电子的CPU一样，这种单个的发光的半导体晶体块，也是真容难见，因为它小得即使用放大镜也看不清模样。高亮度发光二极管大规模生产的关键环节和核心技术是外延片生长，是最近发展起来的一种半导体薄膜生长技术，它采用Ⅲ族元素的有机化合物与Ⅴ族元素的氢化物作为外延生长的原材料，可以生长纳米级、甚至原子层厚度的薄膜。

　　现在，岳金顺博士和他的同事们，已经可以利用引进的精密设备，在由计算机控制下的极为严格的温度、压力等条件下，在材质为砷化镓的圆片状半导体衬底上，大约4小时一个批次，附着上原子间隔均匀的三层高发光效率的不同材质的半导体薄膜，生成所谓的外延芯片。这种外延芯片，上下层各为一极，在电流的作用下，电子从高能级向低能级跃迁时，释放出光子而稳定在较低能级上。直径大约为5厘米的每一块圆片，可以切割出两到4万个晶体块。这每个晶体块，就是一个发光二极管，再经过封装，就可以作为一个“灯泡”来用了。

　　岳金顺博士说，它的诱人的产业前景，就在于发光二极管只需3伏的低电压和极小的电流，而且电能几乎百分之百地转化为光能。与高温条件下释放光的白炽灯电能利用率只有5％，和节能30％寿命也有所延长的荧光灯相比，显然有着巨大的节能优势，而且，灯具体积小、重量轻、不发热、不怕水等。随着技术上发光亮度的不断提高和成本的不断降低，“半导体灯”的巨大的经济价值，正在显现出来。

　　当然，它的难度也是显而易见的。那就是“原子”级的加工技术。它不仅要求纯度极高的半导体化合物原料，而且要求在生成晶体层时，原子要“摞”得均匀有序，否则它的发光效果就要大打折扣。由于需要高精密度的生产设备、高清洁度的生产环境、高水平的操作人员，加上当前的生产规模较小，所以，在近期内，它的成本相对较高。

　　国家启动半导体照明工程

　　今年6月17日，“国家半导体照明工程”协调领导小组召开了第一次电视电话会议。这一会议的举行，表明“国家半导体照明工程”正式启动。

　　在会上，协调领导小组召集人、科技部高新技术司李健司长强调了发展半导体照明产业的必要性和迫切性，同时提出了实施半导体照明工程的基本思路，并对近期工作进行了安排。半导体项目前期工作组组长吴玲汇报了前期调研情况。与会各协调领导小组成员在发言中表示，支持科技部组建跨部门跨地区跨行业的“国家半导体照明工程“协调领导小组，并愿为我国半导体照明工程做出积极的努力。中国照明电器协会理事长陈燕生作为协调领导小组成员出席了会议，并在会上发言。

　　为了把握好新产业机遇，我国政府充分发挥领导作用，成立了由科技部、信产部、建设部等相关政府部门组成的跨部门、跨地区的“国家半导体照明工程”协调领导小组。

　　为了缩短产业链锻造时间，领导小组向国务院提出四方面建议。这四方面建议是：

　　一、建议将半导体照明产业纳入国家重点发展的高新技术产业并给予大力支持。参照发达国家的做法，出台国家半导体照明工程计划，由科技部和发改委共同支持，将半导体照明产品列入国家高新技术产品出口目录、节能产品目录和政府采购目录，并享受相应的优惠政策。

　　二、建议以2008年北京奥运会和2010年上海世博会为契机，推动半导体灯在城市景观照明的应用。考虑到性能价格比，宜先从特种照明起（包括城市景观照明、汽车照明、道路交通照明和军用照明等）。目前最现实的市场是城市景观照明，在这些地方最能发挥半导体灯用电少、寿命长、免维护的优势。

　　为了让半导体灯早日进入千家万户，需要把成本低、高亮度、大功率白光二极管及其系统的开发放到重要位置，抓紧进行部署。

　　三、建议加快确立半导体照明产业标准，形成自主知识产权。得标准者得天下，由于历史上的原因，相当大一部分半导体照明专利已被发达国家抢注，我们必须认真进行专利分析，研究如何保护自己的专利，用最低的代价使用别人的专利，并且努力掌握核心技术，形成自主知识产权。目前，半导体照明产业尚未建立国际标准，要努力使我们的标准被国际标准化组织采纳。

　　四、建议在全球范围整合资源，打造产业链。发展半导体照明产业，不能一切从头做起，搞小而全、大而全。在经济全球化的今天，这样做既没有必要，也不可行。半导体照明产业是一个世界性的产业，必须主动参与国际分工，充分利用国内外两个市场、两种资源，积极引进国外的先进技术、人才、资金和管理。只有这样，才能与巨人同行，在这个新兴的高技术领域有所作为，迅速形成有国际竞争力的中国半导体照明产业。

　　终结爱迪生时代

　　与目前主要是用于美化和亮化的装饰性彩灯等特种半导体照明灯具相比，最具诱惑力的当是未来的照明灯具，这将是一个潜力巨大的市场。半导体照明一旦成为现实，爱迪生发明的白炽灯便将成为过去。

　　以第三代半导体氮化镓为基础的半导体照明所能够带来的巨大市场，早已经让半导体公司馋涎欲滴。据了解，目前，世界上掌握半导体照明技术的半导体公司，都已经纷纷和老牌灯泡制造商结盟，如美国惠普公司联合了日本日亚和德国西门子；美国克雷公司、德国西门子又和奥斯林联合；美国EMCORE公司和通用公司联合等。

　　据我国台湾省专家估算，如果能够用半导体照明取代传统光源，每年就能省下一座核能电厂的电力。如此巨大的社会经济效益，所以对此感兴趣的不仅仅是各大公司，还有各国政府。目前，美、日、欧盟各国皆由官方成立专案，编列预算与计划，推行半导体照明。日本的21世纪光计划，已从1998年至2002年耗费50亿日元推行白光照明，并计划到2006年，完成用半导体灯替代50％的传统照明；美国的国家半导体照明计划则是从2000年至2010年，其计划耗资将达到5亿美元；欧盟的彩虹计划已在2000年7月启动，其计划是通过欧洲共同体的补助金来推广半导体照明的应用。

　　据一家美国市场调研公司的分析数据，近年，世界氮化镓器件市场属于发展期，2001年，销售额就已接近7亿美元。该公司预测，即使最保守发展，2009年世界氮化镓器件市场也要达到48亿美元的销售额。

　　机不可失

　　尽管目前各国都已经有自己的计划，而且有很多公司已经介入，但目前涉足氮化镓基白光照明的企业基本还处于产品研发阶段。正是技术上的不成熟，使各国企业的进度大致相同。

　　因此，谁能够在发光材料的研制和器件的制造工艺方面率先取得突破，谁就有可能在行业取得一定的主导地位。我国自主研制的第一个发光二极管，比世界上第一个发光二极管仅仅晚几个月。从总体情况来看，中国与国外只有2—3年的差距。我国在这一领域已经有了一定的技术、人才和产业基础，只要抓紧行动，就能有所作为。更重要的一点是，当前在国际这方面研究中比较先进的部门，相当数量的一线研究人员为我国留学人员，这将是我国发展半导体照明的有利条件。

　　落后于世界产业发展步伐给我们的教训已经足够深刻。过去，由于没能在微电子发展中早期及时进入，结果我们在以后的发展中缺乏核心技术和竞争力，这直接导致我国失去了在微电子领域的发展机会。发展半导体照明产业，我们有条件，只要抓住机遇，我们就能够在未来的世界产业发展中争取足够的话语权。本报记者于明军

　　资料氮化镓将成为半导体照明产业的“引擎”

　　氮化镓半导体是第三代半导体材料，它的商业应用研究开始于1970年，它能够激发蓝光的独特性质，从一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。但是，氮化镓的生长技术和器件制造工艺，直到近几年，才取得了商业应用的实质进步和突破。

　　氮化镓基半导体灯最诱人的发展前景是其用作普通白光照明。按照目前的技术水平和发展趋势，半导体普通白光照明市场的开始启动，大约会在2006年前后，而某些特殊照明市场已经开始启动。很多汽车制造商已经开始用氮化镓基高亮度二极管来装备车灯尤其是汽车尾灯。不过要想在普通光照明市场获得市场份额和竞争能力，目前氮化镓基二极管的亮度，至少要提高5倍以上。

　　这也是照明产业的“绿色革命”，因为它不仅节能，而且灯具寿命可以达到10万小时，人的一生，使用一两个灯泡足矣。