江西南昌大力推動硅襯底發光二極管藍光技術開發應用
一項新技術 這樣長出一個產業集群
從實現原創技術突破，到延伸產業鏈、擴大產業集群，20多年來，中國在研發應用硅襯底LED藍光技術上蹚出了一條自己的路。目前，硅襯底LED技術路線已經成為世界三大LED技術路線之一。
黨的二十大報告提出，提高科技成果轉化和產業化水平。原創性引領性科技攻關如何實現?新技術如何打通從科研到應用的“最后一公里”?記者近日深入調研硅襯底LED藍光技術的研發團隊及全產業鏈發展情況，剖析這項原創技術從研發到大規模應用的歷程。
——編 者
杭州第十九屆亞運會上，蓮花造型的奧體中心體育場、富陽水上運動中心等多個運動場館，流光溢彩，引人贊嘆。觀眾可能并不知道，這些點亮夜晚的光源，有不少來源于我國突破的硅襯底LED芯片技術，而這項技術的起點，則在江西南昌。
全球約每3部智能手機，便有1部運用了硅襯底技術LED手機閃光燈;全球每3個手電筒，就有1個用的是硅襯底LED技術;不少城市的道路照明設施和隧道燈都已大量采用硅襯底LED芯片，產自南昌的LED隧道燈已經做到同類產品全國出貨量排名靠前……隨著產業化的發展，硅襯底LED技術已經成為世界三大LED產業技術路線之一。
一系列成績的背后，是一項新技術不斷革新和產業化的歷程。
突破一項技術
4000多次試錯，終于探索出全球第三條藍光LED技術路線
2004年，南昌大學江風益教授帶領的團隊研發硅襯底LED藍光技術取得突破，引來世界矚目，由此形成了藍寶石、碳化硅、硅襯底半導體照明技術方案三足鼎立的局面。
LED是發光二極管的簡稱，是第三代半導體發光光源，作為一種節能環保的冷光源，是電子信息產業基礎性元器件，市場應用廣泛。“當時，我們瞄準了在硅襯底上生長氮化鎵基材料這一冷門技術方向。”江風益坦言，“這是一條幾乎被外國同行放棄的技術路線。”
為什么會被放棄?原來，在LED的制備上，上游材料生長是決定LED顏色、亮度、壽命等性能指標的主要因素，也是公認的半導體照明產業技術發展的基石。制備LED芯片要先在襯底上長出氮化鎵發光薄膜，而硅和氮化鎵材料存在嚴重的熱失配和晶格失配，各國研發人員多年鉆研，始終沒有找到攻克關鍵技術難點的理想方法。
當時，藍光LED芯片制備已有藍寶石和碳化硅襯底兩條技術路線實現產業化，但兩項技術的主導權都掌握在國外同行手里。
2003年11月27日，江風益將行軍床搬進南昌大學幾間小小的實驗室，和團隊開始了艱難的攻關探索。當年12月28日，硅襯底藍光LED實驗材料發出的一絲微光，讓大家欣喜不已。“盡管還不夠亮，但已經是巨大的突破，這螢火蟲般的微光，恰恰是希望之光。”說起那時的情景，江風益依舊難掩激動。
2004年，經過4000多次的試錯，江風益團隊在國際上率先攻克了硅襯底上生長氮化鎵基LED材料的難題。“這將是一條嶄新的賽道，由我們主導的賽道!”當時一直在配合江風益工作的王敏，敏銳地察覺到這項技術可能給行業帶來的變革。
此后，王敏與江風益聯合創立晶能光電(江西)有限公司，推動硅襯底LED藍光技術產業化。在南昌大學400多平方米的實驗室里，一個“實驗室+企業”的新形態正式運轉起來。“那個時候，實驗室幾乎是全天候運轉，被大家稱為‘不熄燈的工作室’。”王敏說，“實驗室的產品數據顯示，新產品光效高且抗大電流能力強，這給了我們很大的信心。”
造出一條生產線
從實驗品到產品的路，用了幾年才走完
2012年，晶能硅襯底大功率LED芯片量產，被國際半導體照明聯盟(ISA)評為“全球半導體照明2012年度新聞事件”。2004年技術實現突破，2006年晶能光電成立并開始推進產業化，為什么2012年才實現量產?
如果說，江風益團隊攻克硅襯底藍光LED技術實現了“從0到1”的突破，那么晶能光電的成立則是立志于“從1到10”的跨越，意味著成果要從實驗室走出來，迎接大規模的量產。這個過程中出現的困難是當初每個人都沒有想到的。
2006年，拿到風投資金的王敏信心滿滿，決心干出一番事業。廠房拔地而起，設備迎接調試，一張張嶄新的面孔被吸納進公司。2007年10月27日，晶能光電正式入駐南昌國家高新技術產業開發區。
2008年5月，第一批產品正式下線。大家滿懷期待，可良品率卻起伏不定，離量產期望差距不小。經過團隊夜以繼日地分析、調整，良品率逐步穩定并不斷提升。
江風益坦言，硅襯底LED芯片技術容錯率不高，哪怕是一點點溫度的變化都會對產品有影響。實驗室設計的產品“走進”廠房，難免會出現一些紕漏和瑕疵，而每個微小的紕漏和瑕疵，最終就會疊加成一個嚴重問題。
解決問題的關鍵，仍然是技術攻關。企業一面不斷招收技術人員，一面推動研發骨干走進生產線，成為一線工程師，帶著工人們一同攻關。在這樣的背景下，從成都電子科技大學微電子專業畢業的黃濤等人，走進了晶能光電，成為助理工程師。
“一進公司，我們就被分到生產線上。當時技術部門列出了十大難題，包括發光材料起翹、硅芯片掉電極等，因為沒有文本參考、沒有成熟技術可借鑒，面對40多個生產工序，我們既當技術員，又當操作員，決心一定要啃下硬骨頭。”黃濤回憶。
在許多人的不懈努力下，2009年，數碼顯示用小功率LED芯片量產，并達到了較高的良品率。又經過3年的苦心磨礪，2012年，晶能光電一舉突破了硅襯底大功率LED芯片量產的瓶頸，產品良品率超過60%，超出預期20多個百分點。“那一天，是2012年12月30日。”王敏記憶猶新。
(關鍵字：LED)
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