高端視點(diǎn)：
- 我國半導(dǎo)體照明基礎(chǔ)研究雖然在過去10年中得到一定支持，但也存在缺位
- 前期積累的基礎(chǔ)研究成果，已不能適應(yīng)半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的快速需求
- 加快半導(dǎo)體照明若干重大基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，已經(jīng)迫在眉睫
半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)已成為后危機(jī)時代的產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。針對我國基礎(chǔ)研究滯后于技術(shù)、市場發(fā)展的現(xiàn)象，專家呼吁——
“由于巨大的應(yīng)用需求，半導(dǎo)體照明發(fā)展出現(xiàn)了市場領(lǐng)先技術(shù)發(fā)展，技術(shù)研究領(lǐng)先于基礎(chǔ)研究的特點(diǎn)。”在近日召開的相關(guān)主題的香山科學(xué)會議上，南京大學(xué)物理系教授張榮等專家指出，我國半導(dǎo)體照明基礎(chǔ)研究雖然在過去10年中得到一定支持，但也存在缺位。前期積累的基礎(chǔ)研究成果，已不能適應(yīng)半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的快速需求。因此，加快半導(dǎo)體照明若干重大基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，已經(jīng)迫在眉睫。
半導(dǎo)體照明，被公認(rèn)為照明史上的第二次革命。“其發(fā)光方式與目前傳統(tǒng)照明的發(fā)光方式完全不同，在發(fā)光效率、壽命、環(huán)保方面有巨大的潛在優(yōu)勢。它具有安全、無頻閃等特點(diǎn)，而且不存在紅外、紫外輻射，不會造成二次污染。”張榮介紹。
“根據(jù)理論預(yù)期，半導(dǎo)體照明發(fā)光效率可以達(dá)到400lm/W左右，是節(jié)能燈預(yù)期效率的3—4倍。”中科院半導(dǎo)體研究所研究員曾一平分析，按照技術(shù)發(fā)展預(yù)期，如果半導(dǎo)體照明光源的發(fā)光效率達(dá)到200lm/W以上，并取代傳統(tǒng)照明光源，則至少可使我國的照明用電每年節(jié)省1/3以上。按照當(dāng)前的照明用電量計算，每年節(jié)電近1000億度，超過三峽工程的全年發(fā)電量，并減少二氧化碳排放1億多噸。
記者從會議上了解到，目前國際上半導(dǎo)體照明產(chǎn)品水平已經(jīng)達(dá)到100lm/W，我國產(chǎn)業(yè)水平在80lm/W左右，已經(jīng)超過了節(jié)能燈的發(fā)光效率。
半導(dǎo)體照明包括基礎(chǔ)材料、外延材料、芯片、封裝、二次光學(xué)設(shè)計、應(yīng)用等一系列內(nèi)容，但是，影響半導(dǎo)體照明發(fā)光效率的核心是材料和芯片。“目前在關(guān)鍵的白光led技術(shù)上，雖然已經(jīng)在一定范圍內(nèi)獲得實(shí)際應(yīng)用，但與傳統(tǒng)照明光源和技術(shù)相比，沒有體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。”曾一平認(rèn)為，如何實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體白光照明的超高效，是全世界半導(dǎo)體照明領(lǐng)域面臨的最重要問題。
“半導(dǎo)體照明發(fā)光效率每提高10lm/W，應(yīng)用市場就擴(kuò)大50%。”張榮告訴記者，半導(dǎo)體照明發(fā)展的特點(diǎn)是市場發(fā)展領(lǐng)先于技術(shù)發(fā)展，技術(shù)發(fā)展促進(jìn)市場應(yīng)用。但目前，由于半導(dǎo)體照明的基礎(chǔ)研究還相對滯后，對于半導(dǎo)體照明核心氮化物L(fēng)ED發(fā)光過程中的許多基礎(chǔ)問題還不完全清楚或存在爭議。
在本次題為“高效氮化物半導(dǎo)體白光照明材料及芯片基礎(chǔ)問題”的香山科學(xué)會議上，張榮認(rèn)為，半導(dǎo)體照明發(fā)光效率，歸結(jié)到基礎(chǔ)科學(xué)層面，主要是高應(yīng)變、強(qiáng)極化氮化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)能帶的優(yōu)化設(shè)計及實(shí)現(xiàn)，氮化物外延生長動力學(xué)與缺陷行為控制，氮化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)載流子復(fù)合動力學(xué)和光子傳輸行為控制等關(guān)鍵科學(xué)問題。正是由于對這些問題的了解還不夠深入，影響了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展。
“半導(dǎo)體照明正是后危機(jī)時代的產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。”張榮指出，由于半導(dǎo)體照明在節(jié)能減排方面蘊(yùn)含著巨大的市場前景，美、日等國政府紛紛推進(jìn)相關(guān)科技計劃。
美國能源部在2009年公布了固態(tài)照明（SSL）制造研發(fā)的產(chǎn)品路線圖，并將實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)200lm/W發(fā)光效率的時間表，從原定的2020年提前到2015年。
“分析這個路線圖，可以看出，美國對于這個產(chǎn)業(yè)是均衡、科學(xué)的部署，覆蓋各個環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化工程示范、市場推廣應(yīng)用并重。”在張榮看來，其組織框架是以研發(fā)機(jī)構(gòu)為主體，市場需求為導(dǎo)向，產(chǎn)業(yè)化平臺為支撐。
“而我國在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域還應(yīng)該加大支持力度。”張榮表示，“從目前100lm/W發(fā)光效率到200lm/W，還需要若干年的努力，基礎(chǔ)研究有待進(jìn)一步突破。”
