重磅!中科院半导体所李晋闽领衔项目喜获国家科技进步奖一等奖
2020-01-10
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1月10日上午,中共中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行2019年度国家科学技术奖励大会。习近平、李克强、王沪宁、韩正等党和国家领导人出席大会并为获奖代表颁奖。习近平为最高奖获得者颁奖。


2019年国家科学技术奖共评选出296个项目和12名科技专家,授奖总数比2018年增加23项。其中,国家自然科学奖46项,国家技术发明奖65项,国家科学技术进步奖185项,中华人民共和国国际科学技术合作奖10人2019年度国家最高科学技术奖授予曾庆存院士和黄旭华院士。


中科院半导体所李晋闽团队获国家领导人颁奖


会上,由中国科学院半导体研究所作为第一完成单位,李晋闽研究员领衔完成的《高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化》项目喜获国家科学技术进步奖一等奖成为半导体照明产业界的一大殊荣,具有里程碑式的意义。


据了解,该项目主要完成人为李晋闽、林科闯、王军喜、伊晓燕、刘志强、范玉钵、林洺锋、朱晓东、李国平、袁毅凯、阮军、梁毅、吴曦敏、蔡文必、刘乃鑫。完成单位为:中国科学院半导体研究所、三安光电股份有限公司、厦门华联电子股份有限公司、深圳市洲明科技股份有限公司、河北立德电子有限公司、北京良业环境技术股份有限公司、鸿利智汇集团股份有限公司、佛山市国星光电股份有限公司、北京半导体照明科技促进中心(国家半导体照明工程研发及产业联盟)、厦门光莆电子股份有限公司。


项目主要完成人出席国家科学技术奖励大会


以LED为核心器件的新一代半导体照明光源具有高效节能、绿色环保的显着特点,是全球高技术竞争的关键领域。自主开发高光效长寿命的半导体照明关键技术,是半导体照明产品走进千家万户的关键,对于推动我国半导体照明产业发展意义重大。


获国家科学技术进步奖一等奖的项目究竟是什么?据项目参与单位介绍,“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化项目”是面向半导体照明产品光电转化效率、长期工作可靠性等核心技术难题,从半导体照明材料、芯片、封装、模组与应用全链条开展产研联合技术攻关,形成具有自主知识产权的高光效长寿命半导体照明全套技术,实现了全球最大规模的LED芯片技术产业化与核心器件国产化,并在人民大会堂、APEC会议室等国家重要办公场所、“十城万盏”节能改造、北京奥运会、哈尔滨冰雪大世界等多场景率先开展了大规模推广应用。


  迎接挑战,全链条技术攻关  引领产业技术进步与转型


以氮化物基发光二极管(LED)为核心器件的新一代半导体照明光源具有高效节能、绿色环保的特点,是全球最有发展前景的高技术产业之一,随着各国淘汰白炽灯计划、国际《水俣公约》含汞节能灯限用计划的进一步实施,半导体照明因其具有不可替代性,市场将呈现爆发式增长。产业发展初期,核心技术被欧美日企业垄断,芯片产品严重依赖进口。


据了解,该项目面向半导体照明产品电光转化效率低、长期工作可靠性差、标准缺乏等国际难题,在国家863、973、国际合作计划等国家级科技计划的持续支持下,项目历时十余年的半导体材料基础研究,开展半导体照明用材料、芯片、封装、模组及光源的全链条技术攻关,形成了完整的自主知识产权,研制出国际领先的半导体照明器件与光源,实现了全链条技术产业化推广,并形成了众多创新成果。


其中,针对LED 芯片电光转换效率低的问题,揭示LED 芯片在不同电流密度下Droop 效应产生的物理机制,提出解决方案;提出缺陷共振态p 型掺杂方法,p 型氮化镓(GaN)电阻率0.136Ω·㎝,为大功率LED 芯片的技术发展奠定理论基础。提出物理气相沉积氮化铝(PVD AlN)缓冲层的产业化外延技术,发明芯片光提取技术,实现光效252lm/W 的LED 芯片与全球最大规模外延芯片量产。


针对LED 长期工作可靠性差的问题,发明掺杂ITO 透明导电薄膜与嵌入式电流阻挡层匹配的电注入调控技术,解决了LED 芯片老化压升及电极失效问题;发明精简热传导界面的超低热阻封装结构与热通道管理技术,降低器件热阻至1.89K/W,器件经85℃、6000 小时可靠性测试,光衰小于2%;创新采用基于硅胶透镜直接光耦合技术,实现寿命可达60000 小时的LED 光源模组。


针对LED 光源标准缺乏的问题,突破产品标准化共性关键技术,制定半导体照明产品规格接口团体标准,推荐为国际标准并被产业采纳,推动我国半导体照明产品标准化与应用。形成半导体照明产品快速寿命评估、极端环境照明应用及通用智能照明等一系列标准,引领国际标准制定,提升产业国际影响力。


技术指标与国内外同行对比


同时,由于项目在知识产权、产品标准等方面取得了一系列创新成果并实现了大规模产业化与推广应用,推动了我国半导体照明战略性新兴产业全链条技术自主可控的国产化进程,引领我国由传统照明向半导体照明产业技术进步与转型,形成全球最大的LED照明产品生产基地。


自主可控的半导体照明技术是提升我国半导体产品国际竞争力的重要支撑。项目促进半导体照明产品在国内外重大工程中顺利实施,提升了中国半导体产品在国际高端产品市场中的份额及影响力。在当前中美贸易战的背景下,中国LED产品出口额不降反升、逆势增长、再创新高。半导体照明已成为我国少数具有国际竞争力的高科技领域之一,对践行创新驱动发展战略、推动产业转型升级意义重大。


  全链条技术产业化推广与应用成果显著


“该项目技术实现了高性能LED 材料、芯片、封装、模组与光源产品的全链条技术产业化推广与应用。”


据了解,项目开发的p 型氮化物掺杂、能带调控、微纳图形化衬底及成核、新型缓冲层外延、界面光提取等多项外延芯片技术,率先在三安光电公司进行推广与应用,获得了全球领先的高光效LED 芯片,年产四英寸外延芯片1000 万片,位列全球LED 芯片市场首位,支撑了全球第一大外延芯片厂的技术发展,推动我国半导体照明芯片由完全依赖进口发展到自主可控国产化。超低热阻封装与热通道管理技术在鸿利智汇、国星光电、厦门华联等封装领域龙头企业推广应用,实现了年产高可靠LED 封装器件1200 亿只的能力。以高光效高可靠LED 核心器件支撑了深圳洲明、河北立德、北京良业、厦门光莆等下游企业在长寿命光源模组与高品质半导体照明产品领域的共性技术突破,年产室内LED光源4000 余万套,室外LED光源1000 余万套。


资料显示,高光效长寿命LED光源产品通过河北立德、北京良业、深圳洲明等企业实现了在室内照明、户外功能性照明、景观照明等领域的重大工程示范与大规模推广应用。比如,室内照明领域,人民大会堂万人大礼堂、人民大会堂宴会厅、中共中央党校报告厅等场所的灯光改造,其中人民大会堂万人大礼堂照明改造工程中LED 替代传统光源后节电率达到84%,整体平均照度增长1 倍,自2012 年至今安全运行6 年无故障,成为我国节能改造项目的典范。


项目参与者表示,户外功能照明方面,该项目技术解决了传统路灯功耗大、寿命短的问题,应用于“十城万盏”、广深高速路灯改造等重大项目,其中广深高速是我国第一条全部使用LED 改造的高速公路,刷新业界五个第一,节电率达到70%。高可靠性LED器件创新应用于哈尔滨冰雪大世界亮化工程,彻底解决了传统光源汞污染问题,荣获首届冰雪景观照明设计一等奖,并开创了LED 在低温极端环境中应用的先河,引领制定满足寒带地区性能要求的LED照明产品国际标准,为我国半导体照明产品在全球极端环境地区的应用提供支撑。


景观照明方面,国家体育场(鸟巢)夜景照明工程、2014 中国APEC 峰会夜景照明工程、奥林匹克五环塔夜景照明、索契冬奥会等夜景照明项目,开创了半导体照明应用的新篇章,提升了我国高科技产品在国际重大活动中的显示度。


在重大工程示范应用的引导下,半导体照明技术与产品实现了大规模推广应用,2018 年我国LED 市场替代率达到49%,带动我国的照明产业转型升级,对我国半导体照明企业抢占快速发展的国际应用市场起到了至关重要的推动作用。


  经济效益和社会效益齐头并进


经济效益和社会效益是衡量技术的重要方面,项目突破全链条自主可控的高光效长寿命半导体照明关键技术,通过技术创新支撑LED 产品性能不断提升,实现全球最大规模的LED芯片产业化,拓展LED光源的应用领域,并实现高品质产品的大规模出口,提升产业的国际竞争力。


数据显示,近三年该项目完成单位新增销售额451.1亿元,新增利润84.6亿元。技术创新促进该项目实现全球最大规模的芯片产业化:项目完成单位占国内市场32%,占全球份额的22%。LED芯片及应用产品出口至欧美多个国家,实现了自主研制的半导体照明芯片取代进口,促进半导体照明终端产品大幅降价和大规模的推广应用,经济效益与节能减排效果显著,支撑了国民经济的绿色、可持续发展。


据了解,项目成果促使我国LED芯片效率提升4倍,产品大幅降价。项目完成单位可实现折合4000 万片两英寸LED外延芯片的年产规模,考虑效率提升4倍的因素,累计可节约成本超3300亿元。综合考虑封装技术进步、LED产品长寿命和标准化带来的维护成本、配套成本的降低,可为半导体照明终端产品节约成本逾万亿元。


高光效长寿命的LED半导体照明关键技术支撑了节能减排的国家战略。该项目成果有效降低了照明产品的能源损耗,减轻了环境污染。项目成果实现半导体照明节电逾1800 亿度,按照火电的二氧化碳排放系数0.8kg-CO2/kWh,累计减少碳排放逾1.4 亿吨,支撑了国民经济的可持续发展。


此外,绿色环保的新一代半导体照明光源在使用过程中减少了汞的排放。按照国标《地下水质量标准》规定,3 毫克汞可污染60 吨自然水体,通过大规模替换荧光灯、节能灯等含汞灯具,可减少汞对生态环境的污染。以哈尔滨冰雪大世界示范应用为例,该项目成果自2009 年起应用,平均每年替换20万盏灯具,累计减少汞排放36 千克以上,避免了松花江流域的7.2亿吨的自然水体污染。


人才是产业发展的重要力量,项目全链条式技术攻关,推动了我国第三代半导体产业技术的进步,为国家战略性新兴产业培养了高端技术人才。数据显示,累计培养了2000余名高端关键技术人员,涵盖研发、生产、工程体系,形成人才梯队,为我国半导体产业跨越式发展,奠定了人才与产业基础。


技术改变生活,当技术走近大众,会发挥巨大的经济和社会效益。从项目成果来看,降低了光源照明综合成本,满足了人民物质生活与精神生活的改善需求。该项目技术进步促进价格大幅下降,新一代半导照明光源以高效节能、高光品质、长寿命、可按照环境整体要求进行设计控制等显著特点走入千家万户,满足了人们对绿色、舒适、安全、健康光源的需求,并带动一系列新的创新应用。加快了半导体照明技术进步,促进了我国照明产业升级。(资讯来源:半导体照明网)


      延伸阅读:

国家科学技术进步奖,是国务院设立的国家科学技术奖5大奖项(国家最高科学技术奖、国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖、国际科学技术合作奖)之一。国家科学技术进步奖主要授予在技术研究、技术开发、技术创新、推广应用先进科学技术成果、促进高新技术产业化,以及完成重大科学技术工程、计划等过程中做出创造性贡献的中国公民和组织。