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【消息】硅衬底蓝色发光器在业内引发照明工业革命

发布时间:2020-11-17 10:20:39 阅读: 来源:电热片厂家

<P>&nbsp;<FONT size=2>&nbsp;&nbsp; “业内普遍认为,半导体发光灯替代传统灯,如同半导体晶体管替代真空电子管一样意义重大而深远。”教育部发光材料与器件工程研究中心主任江风益教授向记者透露:“我们已经成功研制出硅衬底GaN蓝色发光二极管材料及器件,现在小试已经完成,正在进行中试。”   据介绍,发光二极管(LED)是一种冷光源,加上3伏特左右的电压、通上毫安量级的电流就可以发出一定颜色的光,是电子信息技术领域主要基础元器件之一。过去,它通常用于各种工业设备、仪器仪表、通讯、交通、金融、家用电器、室内外装饰等作信息的指示、显示和传递。如果用它代替传统灯来照明,会有哪些好处? “理论上预计,半导体照明灯的发光效率可以达到甚至超过白炽灯的10倍、日光灯的2倍。因而将具有显著的节能效果。”江风益告诉记者,“同时,它还有尺寸小,可以做成各种形状;具有方向性,色彩鲜明;结构牢固,抗冲击和抗震能力强;超长寿命,可达100000小时;无红外线和紫外线辐射;无汞,有利于环保等众多优点。”</FONT></P>

<P><FONT size=2>&nbsp;<BR><BR>  制造半导体照明灯的主要方案是:用蓝光激发稀土荧光粉,合成出白光。于是,蓝色发光二极管成为其核心部分。 江风益介绍:“现有的几种蓝色发光二极管制备技术都存在一些缺陷,比如目前占有主导地位的‘蓝宝石衬底GaN基LED’,尽管还在提高材料生长和器件制造水平,但蓝宝石衬底不导电,导热性能差,划片困难,抗静电能力差,倒装焊工艺复杂,而且横向电阻大,高电流密度下工作电压高,浪费能耗,不利于半导体照明光源的技术向前推进。‘碳化硅衬底GaN基LED’,由于其衬底导电导热,在目前半导体照明芯片上占有优势,将在一定时间范围内领先其他技术方案,但是其价格高,划片困难。另外,‘氮化镓衬底GaN基LED’,外延材料质量可以明显提高,但同样存在价格太高的问题,而且器件加工也是难题。在此情况下,硅衬底成为研究人员瞩目的焦点。”   对于在硅衬底上制备发光器件,江风益用“这是光电子领域里梦寐以求的一件事”来形容。相对于蓝宝石与碳化硅衬底而言,硅片作为GaN材料的衬底有许多优点,如:良好的导电、导热性,晶体质量高、尺寸大、成本低、易加工等。但由于GaN外延材料与硅衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配,因此在硅衬底上很难得到器件质量的GaN材料。虽然近年来在硅衬底上制备GaN材料及器件已有较多的报导,如美、德、日等国都先后在硅衬底上研制出GaN基LED,但所报道的光输出功率最高仅为2mW,其材料与器件质量还不能与蓝宝石上的相比。</FONT></P>

<P><FONT size=2></FONT>&nbsp;</P>

<P><FONT size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 然而,各国科学家的梦想在发光材料与器件工程研究中心成为了现实。国家863计划纳米专项、863计划光电子主题等重点资助下,中心成功的在硅衬底上研制出GaN蓝色发光二极管外延材料及器件,在两英寸外延片内LED芯片的工作电压小于3.5V,光输出功率大于5mW,获得了可以实用的性能优良的Si衬底GaN蓝光LED器件,主要性能指标好于同类器件中目前文献报道的水平。   “这一突破性进展表明,在硅衬底上外延GaN基LED,原先担心的‘龟裂、晶体质量差、P型掺杂困难、工作电压高、发光强度低、可靠性差’等所有问题全部可以克服。”江风益表示,“尤其这种技术路线在焊接剥离方面具有非常大的优势,便于制造高反光层P型接触电极和高出光率的N型表面,便于降低工作电压,没有横向电阻便于在大电流密度下工作,便于散热,抗静电能力强。”   据悉,这一成果在2005年4月厦门半导体照明国际论坛中报道后,国际同行专家评价为目前国际最好结果。国内同行专家评价该成果为:研制成功并具有国际一流水平的硅衬底蓝光二极管材料及器件,对我国发光材料与器件领域的发展具有重大现实意义和产业价值。   在实验室里,江风益向记者展示了硅衬底GaN蓝色发光二极管。随着电源接通,小小的二极管放射出璀璨的光芒,虽然是白天,依旧光彩夺目。他说:“如果是用蓝宝石,达到这个亮度很正常,但是用硅就已经很不容易了。我们正在和有实力的投资方进行产业化合作谈判,争取在年底之内将这一产品推向市场。”</FONT></P>

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