半导体产业（精选12篇）
半导体产业 篇1
随着全球半导体产业迈入“后摩尔时代”与“后PC时代”这一“两后时代”, 全球半导体产业开始呈现出显著的“新常态”特征。一是产业规模由快速增长并伴随大幅波动, 转为低速平稳增长。2011年以来, 全球半导体产业发展渐趋平缓, 且增速进一步放慢。二是产业结构调整加速, IC设计业与晶圆代工业异军突起。自2001年以来, 全球IC设计业保持了年均近20%的增长速度, 增速几乎10倍于产业整体增速, 其在半导体产业中的地位也随之快速蹿升。三是产业整合进程加快, 寡头垄断特征日益显著。半导体企业间的整合重组日益频繁。半导体企业间的整合重组日益频繁。企业间的大规模整合促使全球半导体产业正由自由竞争逐步走向寡头垄断。2001年, 全球前20大半导体企业销售额占产业整体销售额的比重为72.4%, 到2014年已提升至75.3%;2001年至2014年, 全球第一名与第二十名半导体企业销售额之间的差距也由10.7倍扩大至12.1倍。
半导体产业 篇2
“2018中国半导体材料及设备产业发展大会”召开
2月2日，“2018中国半导体材料及设备产业发展大会”在京召开。本次大会由中国电子信息产业发展研究院主办、邳州市政府协办，旨在通过梳理半导体产业的发展方向、推介半导体材料及设备产业的创新理念，共同促进半导体产业生态环境的构建，推动我国集成电路产业的健康发展。中国电子信息产业发展研究院总工程师乌宝贵、江苏省邳州市委书记陈静出席会议并发表致辞。中国半导体行业协会副理事长于燮康、中科院微电子研究所副总工程师赵超等行业专家与企业嘉宾发表演讲。乌宝贵表示，半导体设备和材料作为整个产业链的上游环节，对整个行业的发展都起着至关重要的支撑作用。在半导体行业中有一种说法，叫做“一代器件、一代工艺、一代材料与设备”。特别是当整个行业进入纳米时代以后，微纳制造技术更多地依靠引入新材料和微观加工设备的加工能力来实现技术突破，更加注重通过材料和设备与工艺的全产业链深度合作来实现产业技术的更新换代，也就更加突显出了材料与设备的战略性和基础性作用。陈静在致辞中表示，邳州积极抢抓机遇，大力实施“工业立市、产业强市”战略，聚力产业创新，聚焦生态富民，主攻高端的半导体、智慧的机器人、循环的产业链。邳州市坚持用高端产业“虹吸”高端人才、以高端人才助推高端产业，把发展半导体材料和设备产业作为主攻方向，建成欧洲半导体海归人才创业园，成立中国光刻技术研究中心、中国半导体科技创新中心、中科院微电子研究所徐州研修院等“国字号”科研平台，全力打造光刻材料基地、生产测试设备基地、显示材料生产基地、晶圆制造和外延基地，加快推进中国电子智能小镇建设。于燮康以“中国集成电路封测产业链与创新平台建设”为题发表演讲。他认为，半导体制造是所有制造业里最为复杂，最有科技含量的行业之一，其产业链非常长，流程十分复杂，正是由于半导体制造与传统制造不同：不可修复、流程复杂、制作周期长、机器精度高、持续投入强度高，营运成本高、运作系统非常复杂，因此要发展半导体产业非常强调整个团队的互动合作。赵超在本次大会上介绍了中国集成电路产业定位与发展战略。工信部赛迪智库集成电路研究所副所长林雨从四个维度分析了我国半导体产业发展趋势。中国电子科技集团公司第四十五研究所集团首席专家柳滨介绍了“国内半导体设备发展驱动因素及选择”。邳州经济开发区工作委员会书记王广军介绍了邳州市半导体产业发展新思路。
半导体产业下一波商机 篇3
近日，花旗银行分析师对芯片行业给出“红色预警”。在新出炉的花旗银行报告中，分析师格伦·袁称：“全球芯片业正陷入困境，而拖累芯片业的‘罪魁祸首’就是宏观经济问题，这让芯片行业无法独善其身。”他举例说，PC和手机销售情况不佳，PC市场出现负增长，诺基亚和RIM手机销售状况堪忧，即使是风光无限的苹果iPhone和HTC的智能手机，供应链也出现疲软。为此，今年下半年芯片行业的表现可能将达不到年初的预期——营收同比增长12%的数值。
不过，金融机构的预测显然是迟缓的。芯片行业自己的权威组织WSTS（国际半导体贸易统计组织）早于去年的秋季报告中就已经将2011年芯片行业的增长定在了个位数——4.5%。最近该组织“略微调高”了这一数值到5.4%。另一家市场调查机构Gartner的最新预测为5.1%。
对于这样的“个位数增长”，作为已经是成熟工业的芯片产业来说显得“再正常不过了”。不过，在新的经济形势下，半导体产业也在调整自身的发展策略，以捕捉下一波增长浪潮。
“半导体工业是科技创新的基石，IT、电子信息甚至是软件工业的发展都有赖于它的发展。” 欧洲最大的芯片公司意法半导体首席执行官Carlo Bozotti先生分析说，“可以预见，未来它在人类健康、节能环保等方面可以做出更大的贡献。”
“工业领域所涵盖的医疗电子市场值得产业界关注。”Carlo Bozotti先生说，“在这一市场上，半导体技术的创新超出了人们的想象。”他举例说，由 MEMS传感器、微控制器、低功耗电源管理IC和无线传输IC组成的“微系统”接下来可以开辟一个全新的医疗电子产业。“青光眼是世界上第二大致盲性眼疾。现在，标准的医疗程序是定期到眼科门诊使用眼压计检测眼内压，根据医疗结果控制病情发展。然而，由于眼压在一天中变化无常，通常在睡眠或门诊以外的时间达到峰值，因此，眼压计可能无法捕捉到异常眼压。”他说，“而将MEMS传感器系统内嵌到隐形眼镜中，就可以在连续的时间内（通常为24小时）监测病人眼睛的曲率，从而为医生提供现有的普通眼科设备无法取得的重要的病症管理数据。”他透露，这项创新目前正在大规模试用。在另外一些应用中，“微系统”可以封装到一些小型、轻薄的“贴片”上，这些“贴片”只要贴在皮肤上就可以向皮下连续注射胰岛素。而这些贴片中“微系统”里的流体MEMS技术可以准确地管理胰岛素的注射量，模仿人类胰腺的自然分泌状态。其他典型的创新还包括通过整合微小的芯片和模块到一些小型装置中，携带在患者身上，来为医疗人员远程提供病患的生理数据，以提升病患在医院之外的治疗能力。
除了全新的医疗电子产业之外，半导体技术在热闹非凡的汽车市场上也是一支重要的生力军。2010年，全球销售了6700万部汽车，总销售额超过1兆亿美元，平均每部汽车的售价是1.5万美元；与此同时，平均每部汽车装载了22套电子系统，每套系统的平均价值为107美元；而在这些电子系统中，共计有200亿块车用半导体，市场总价值为210亿美元，每部车大约有300块半导体，平均每块售价是1.04美元。与此同时，根据市场调研公司Strategy Analytics的分析，从2010年到2017年，汽车半导体市场的年复合增长率为8.6%，在混合动力和电动汽车中，半导体的表现则更为亮丽。
“在亚太地区，汽车电子的增长太快了，吸引了全球产业链的关注。” Carlo Bozotti先生说，“我们认为半导体技术将在汽车安全、节能上发挥革命性作用。”他举例说，全球很多机构都在致力于解决锂离子电池应到从电动摩托车、电动自行车到重型卡车中的问题。在新能源车行业，曾经有镍氢电池(NiMH)技术与锂离子电池技术的争论。与镍氢电池技术相比，锂离子电池技术的优点是能量重量比是镍氢电池的两倍多，闲置不用时自放电量也很小，对环境污染也小，未来可以融合到智能电网中去。但目前锂电池在大功率应用上有一定局限性，它的充放电周期必须精密管理。“在类似的应用中，半导体技术大有用武之地。”Carlo Bozotti先生说，“我们可以采用独特的半导体工艺技术，例如BCD工艺，精确而可靠地控制电池充电和放电周期，同时利用电源管理芯片之间的通信功能，管理输出电压高达1600V的电动机电池组。”此外，半导体技术也是汽车安全系统、驾驶辅助系统不可或缺的技术。只有依赖先进的专用处理器，才可能实现防撞、偏航报警以及行人保护等功能。
除了医疗电子和汽车电子，移动互联网正推动着多媒体整合，这种整合包含了从PC、数字电视、平板电脑到手机等各种设备，从而让用户实现任何地点、任何时间的互联、娱乐和信息处理。“这种整合在半导体业界也是可见的，例如，我们为智能手机和平板电脑开发的产品与为数字电视、机顶盒开发的产品越来越像了。我们前不久开发的3D电视就基于智能手机平台。”Carlo Bozotti先生说，“但这种整合也是非常不容易的，如何去平衡高性能和低功耗一直是纠缠着半导体业的‘矛’与‘盾’。”
半导体产业 篇4
Gartner研究副总裁布莱恩·刘易斯 (Bryan Lewis) 表示:“随着人们对欧元区影响全球经济前景的持续关注, 影响消费者和企业支出的高度不确定性仍将继续存在, 这对半导体产业产生了显著影响。短期预测不仅受经济力量的影响, 同时也受到库存调整、生产供大于求和自然灾害的影响。我们最新的预测分析显示, 到2015年, 半导体在智能手机、媒体平板和固态硬盘的总收入增长将占该市场增长的77%———显然是一个非常重要的时期。”
预计个人电脑单位产量将在2012年增长5%, 较此前预测的10.1%大幅降低。Gartner表示, 虽然经济疲弱在一定程度上导致了这一增速锐减, 但今年发生在泰国的洪灾致使硬盘驱动器 (HDD) 短缺, 进而促使个人电脑市场增速进一步放缓。Gartner估计, 由于泰国自然灾害而造成供应链中断意味着, 个人电脑的产量将在未来几个季度受限于硬盘驱动器的供应, 直到硬盘驱动器行业全面恢复生产。
Gartner公司2011年第四季度的预测调整了2012年手机单位产量增幅, 从之前的7%微调至7.5%。对媒体平板产品2012年的产量预测从此前的1.10亿降至1.07亿, 尽管如此, 该产品仍较2011年增长63%。Gartner分析师表示, 随着智能手机数量的增加, 它们将成为2012年半导体增长的主导。
半导体产业 篇5
发改环资〔2009〕2441号
二○○九年九月二十二日
半导体照明是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命。半导体照明技术发展迅速、应用领域广泛、产业带动性强、节能潜力大，被各国公认为最有发展前景的高效照明产业。为推动我国半导体照明节能产业健康有序发展，培育新的经济增长点，扩大消费需求，促进节能减排，特制订本意见。
一、半导体照明节能产业发展现状与趋势
半导体照明亦称固态照明，是指用固态发光器件作为光源的照明，包括发光二极管（LED）和有机发光二极管（OLED），具有耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐震动、可控性强等特点。上游产业外延材料与芯片制造，属于技术和资金密集行业；中游产业器件与模块封装以及下游产业显示与照明应用，属于技术和劳动密集行业。20世纪90年代以来，半导体照明技术不断突破，应用领域日益扩展。在指示、显示领域的技术基本成熟，已得到广泛应用；在中大尺寸背光源领域的技术日趋成熟，市场占有率逐步提高；在功能性照明领域的技术刚刚起步，处于试点示范阶段。此外，医疗、农业等特殊领域的半导体照明技术方兴未艾。
近几年，半导体照明产业发展迅速，美国、日本、欧洲、韩国、我国台湾地区在不同领域具有较强优势，全球产值年增长率保持在20%以上。我国先后启动了绿色照明工程、半导体照明工程，在十大重点节能工程、高技术产业化示范工程、企业技术升级和结构调整专项、863计划新材料领域中先后支持半导体照明技术的研发和产业化项目，具备了较好的研发基础，初步形成了完整的产业链，并在下游集成应用方面具有一定优势。2008年我国半导体照明总产值近700亿元，其中芯片产值19亿元，封装产值185亿元，应用产品产值450亿元。从长远发展看，世界照明工业正在转型，许多国家提出淘汰白炽灯、推广节能灯计划，将半导体照明节能产业作为未来
新的经济增长点。随着我国产业结构调整、发展方式转变进程的加快，半导体照明节能产业作为节能减排的重要措施迎来了新的发展机遇期。
二、半导体照明节能产业发展存在的主要问题
虽然我国半导体照明节能产业发展取得积极进展，但是还面临着许多急需解决的问题。
（一）专利和核心技术缺乏。目前半导体照明的主流技术专利多为发达国家所控制，企业发展面临的专利风险日益加大。核心装备MOCVD（金属有机源化学气相沉积设备）基本依赖进口。研发投入不足，缺乏支持基础理论研究的长效机制，共性技术研发平台尚不完善，关键技术研发没有形成合力。
（二）产业整体水平较低。我国半导体照明生产企业超过3000家，其中70%集中于下游产业，且技术水平和产品质量参差不齐。国产LED外延材料、芯片以中低档为主，80%以上的功率型LED芯片、器件依赖进口。企业规模小，集中度低，产品不定型，不利于形成竞争优势和知名品牌。
（三）标准和检测体系尚未建立。检测设备、检测方法研发和标准制定工作不能适应产业快速发展的要求。半导体照明产品的标准与检测体系建设亟待完善，权威检测平台尚未建立，无法对现有半导体照明产品进行质量评价或认证。
（四）低水平盲目投资现象严重。目前不少地方将半导体照明节能产业作为发展的重点产业，加大支持力度，但也同时存在盲目投资、低水平建设的现象，一些地方政府不顾经济效益对道路照明进行盲目改造，过度投入景观照明，导致产业无序竞争，产品质量良莠不齐，资源浪费严重，影响消费者信心，不利于产业健康发展。
三、半导体照明节能产业发展的指导思想、基本原则、发展目标及重点领域
（一）指导思想
全面落实科学发展观，围绕扩内需、保增长、调结构、惠民生，大力实施绿色照明工程，以增强自主创新能力和扩大绿色消费需求
为主线，以抢占未来竞争制高点为目标，以市场为导向、以企业为主体、以试点示范工程为依托，以改善制约产业发展环境为手段，形成一批拥有自主知识产权、知名品牌和较强市场竞争力的骨干企业，实现技术上的重点突破和产业上的重点跨越，培育振兴我国半导体照明节能产业，推动节能减排，促进经济平稳较快发展。
（二）基本原则
坚持扩大内需与长远发展相结合。发展半导体照明节能产业代表世界照明工业的未来发展方向，不仅是应对金融危机、保持经济平稳较快发展的重要突破口，也是催生新技术革命、培育新兴产业、促进节能减排、应对全球气候变化的重要途径。
坚持产业发展与结构优化相结合。发展半导体照明节能产业，要从区域产业实际出发，注重推动传统照明行业的结构优化，提升半导体照明上下游企业的资源整合和产业集中，带动关联产业的协同发展，实现区域产业结构的优化升级。
坚持技术引领与需求带动相结合。半导体照明节能产业要以技术创新为支撑、社会需求为导向谋求发展。企业在遵循产业发展规律、增强自主创新能力的同时，要努力把握市场脉搏，积极拓展消费市场，形成以市场应用促进科技创新、以科技创新带动市场需求的良性循环。
坚持政府引导与市场机制相结合。发展半导体照明节能产业要在政府宏观政策引导下充分发挥市场配置资源的基础性作用，创新体制机制，形成有利于产业发展的政策环境和市场环境，调动市场主体的积极性。
（三）发展目标
到2015年，半导体照明节能产业产值年均增长率在30%左右；产品市场占有率逐年提高，功能性照明达到20%左右，液晶背光源达到50%以上，景观装饰等产品市场占有率达到70%以上；企业自主创新能力明显增强，大型MOCVD装备、关键原材料以及70%以上的芯片实现国产化，上游芯片规模化生产企业3-5家；产业集中度显著提高，拥有自主品牌、较大市场影响力的骨干龙头企业10家左右；初
步建立半导体照明标准体系；实现年节电400亿千瓦时，相当于年减排二氧化碳4000万吨。
（四）重点领域
技术与装备。支持MOCVD装备、新型衬底、高纯MO源（金属有机源）等关键设备与材料的研发；开展氮化镓材料、OLED材料与器件的基础性研发；支持半导体照明应用基础理论研究，包括光度学、色度学、测量学等；攻克半导体照明产业化共性关键技术，包括大功率芯片和器件、驱动电路及标准化模组、系统集成与应用等技术。
照明产品。开发和推广替代白炽灯、卤钨灯等节能效果显著、性价比高的半导体照明定型产品；开发和推广停车场、隧道、道路等性能要求高、照明时间长的功能性半导体照明定型产品；发展中大尺寸液晶显示背光源、汽车照明等增长潜力大的半导体照明产品；发展医疗、农业等特殊用途的半导体照明产品。
服务体系。完善具有国际水平的半导体照明产品检测平台；支持建立公共信息服务、跨学科设计创意以及人才培养平台；鼓励开展节能诊断、咨询评价、产品推广、宣传培训等服务；推广合同能源管理、需求侧管理等节能服务新机制。
四、半导体照明节能产业发展的政策措施
（一）统筹规划，促进产业健康有序发展
各级发展改革、经贸、科技、工业和信息化、财政、住房城乡建设、质检等主管部门要按照职责分工，各司其职，加强协调，形成合力，积极推进半导体照明节能产业健康有序发展。加强对半导体照明节能产业发展的指导，严格落实国家产业政策和项目管理规定，科学规划，合理布局，避免盲目扩张和低水平重复建设，不断提高产业集中度，推动区域产业专业化、特色化、集群化发展。加强城市道路照明、景观照明新建和改建工程的论证工作，统一规划设计，避免盲目拆换和过度亮化。
（二）继续加大半导体照明技术创新支持力度
科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等部门要继续通过国家973计划、863计划、高技术产业化示范工程等渠道，加大对半导
体照明领域的科学研究和技术应用的支持力度；有效整合和利用现有科技资源，加强国家重点实验室、国家工程实验室、国家工程中心建设，形成基础科学研究的长效机制以及成果可转移、利益可共享的合作开发机制。通过引进消化吸收再创新，联合各方集中攻克MOCVD装备等核心技术。组织实施“十城万盏”工程，结合市场需求，不断强化产品的集成创新。进一步实施专利战略，建立专利池，增强产业核心竞争力。
（三）稳步提升半导体照明产业发展水平
国家发展改革委、财政部、科技部、工业和信息化部、住房城乡建设部等部门以及地方政府要加大投入，积极引导社会投资，重点支持有一定规模和技术实力，特别是拥有自主知识产权的企业，通过技术改造扩大生产规模，提升核心竞争力和产业化水平。组织实施半导体照明试点示范工程，通过中央预算内投资支持一批示范项目，包括道路、工矿企业、商厦和家庭等功能性照明的新建和改造，并加强监督和评估。支持优势企业兼并重组，提高产业集中度和规模化水平，培育形成一批龙头企业和知名品牌。
（四）积极推动半导体照明标准制定、产品检测和节能认证工作 国家质检总局、国家发展改革委、财政部、工业和信息化部、科技部、住房城乡建设部要加强半导体照明产品相关基础标准、产品标准和测试方法标准的研究，加大检测设备投入，提高国家级检测机构对半导体照明产品的检验和测试能力。尽快制定出台重点支持和推广半导体照明产品的技术规范。研究建立半导体照明标准体系，逐步出台产品的检测标准、安全标准、性能标准和能效标准，积极参与国际标准制定。针对不同的半导体照明产品分重点、有步骤地研究开展节能认证工作。
（五）积极实施促进半导体照明节能产业发展的鼓励政策
各级财税、发展改革、科技等部门要推动落实国家对生产新型节能照明产品的企业，从事国家鼓励发展的项目进口自用设备以及按照合同随设备进口的技术及配套件、备件，在规定范围内免征进口关税的优惠政策。鼓励采购国产MOCVD装备，建立使用国产装备的风险补偿机制，支持关键装备国产化。推动将半导体照明产品和关键装备列入节能环保产品目录，享受相应鼓励政策。推动将半导体照明产品纳入节能产品政府采购清单。在道路、工矿企业、商厦和家庭等领域选择推广相对成熟的半导体照明产品，条件成熟时纳入财政补贴政策支持范围。
（六）广泛开展半导体照明节能的宣传教育和人才培养
各地区、有关部门要积极开展科学的舆论宣传，正确认识半导体照明产品的优势和不足，科学投资，理性消费，为半导体照明节能产业发展营造良好的舆论环境。抓好人才培养，支持高等院校、职业学校、研究机构开设相关学科教育。引导人才合理流动，创造良好的人才培养、引进和流动环境。
（七）加强区域和国际间的交流与合作
半导体产业 篇6
2007年3月21日，全球最大的先进半导体解决方案供应商之一——美国美光科技公司（下称“美光”）投资2.5亿美元在中国建立的第一个制造工厂在西安高新技术产业开发区（下称“西安高新区”）落成；3月23日，全球最大的集成电路设备制造商——美国应用材料公司投资2.55亿美元建立的西安全球开发中心暨全球技术服务中心开业。
这两大项目的落成，连续刷新了陕西省改革开放以来的最大外商投资纪录，与此同时，这也标志着中国集成电路产业的“四极一条龙”格局已经形成：以上海为中心的长三角地区为“龙头”，以北京为核心的环渤海地区为“龙身”，以广州为核心的珠三角地区和以西安、成都为核心的西部地区为“两翼”。
产业巨头带来的“马太效应”
2006年4月10日，世界最大的纳米制造（半导体）设备企业，世界半导体产业的领军企业——美国应用材料公司在西安高新区设立全球开发中心，项目投资2.55亿美元。第二天，在西安高新区，美国应用材料公司除美国本部外的又一个全球技术中心奠基动工。
美国应用材料公司成立于1967年，总部位于美国加利福尼亚州，是全球最大的半导体生产设备和高科技技术服务企业，为财富500强企业之一。该公司自1984年就进驻中国，成为第一个在华外资半导体生产设备供应商，目前在全球13个国家和地区有90多个生产、销售和服务机构，拥有12000多名员工。
在此之前，西安已经聚集了以英飞凌为代表的半导体设计企业，以西岳半导体为代表的芯片生产企业，以美光半导体为代表的封装测试企业，而以美国应用材料公司为代表的半导体设备生产制造企业的落户，让西安的半导体产业终于有了“带头大哥”。
据西安高新区相关负责人介绍，美国应用材料公司决定在西安投资建立全球开发中心，主要是从事技术、工厂自动化等各类软件开发，最先进的半导体生产设备的产品设计、开发及应用材料公司现有的全球18000多条200毫米（8寸）生产线的支持服务等。目前已招聘软件工程师（多数是硕士）等高素质员工80多人，很快将开始正式运营。
业内人士分析说，由于美国应用材料公司在行业内的龙头地位和巨大影响力，其“马太效应”将会显现，它的到来将带来多家美国供应商给应用材料进行生产配套，这将使西安的半导体产业链更加完整，产业规模迅速提高。
半导体“第四极”浮现
据业内专家预计，2006年中国半导体市场生产值将达到220亿美元，最迟于2008年，中国将成为世界最大的半导体市场。而西安高新区乃至整个陕西省的集成电路产业形成的完整产业链，对中国半导体产业将产生重大影响。
据了解，在中国半导体产业的“四极”格局中，长三角地区因国际巨头“扎堆”而成为中国集成电路产业比重最大的区域；环渤海地区也分得了较大份额；后起之秀的珠三角地区，也正以相当迅猛的速度发展。而作为中国第一块芯片的诞生地的西安，尽管多年来在设计、研发、设备制造等方面取得了重大成就，并已有英飞凌、美国IR等产业巨头入驻，但生产制造产业规模仍然不大，从而导致没有“龙头”企业带动的被动局面。
2005年9月12日，当美光全球副总裁霍金斯向世界郑重宣布“把西安打造成世界数一数二的半导体生产制造基地”的时候，西安高新区打造中国科技产业中心的时代似乎已经到来。
而美国应用材料公司的入驻，更为西安半导体产业的发展提供了强大动力，“西安将有可能再次带动和示范中国半导体产业。”西安高新区一位相关负责人表示。
全方位优势引来产业巨头
有专家预言，半导体产业正在进行第三次产业转移，设计中心转向中国大陆和印度；设备制造转向马来西亚、菲律宾和泰国，而中国成为产业转移的首选和最集中区。
此次转移，也让世界巨头不再将目光只“锁定”在上海和北京，而是同时瞄准南京、苏州、无锡、宁波、沈阳、天津、厦门、福州、广州、深圳、珠江、海南、武汉、成都、西安等更大范围。
西安高新区一位负责人表示，在这样的格局当中，西安的优势也随之体现出来，因为西安能源丰富、成本低；同时有着相对丰富的人力资源和高校资源。作为中国的科技基地之一，西安拥有37所政府创办的高等院校、68所民办院校、55个研究生培养单位，为西安培养了大量的科技人力资源，特别是半导体集成电路教学、研发力量很强，可为高智力、高投入的集成电路产业提供强大的人才支持。
另一方面，这位负责人还表示，美国应用材料公司之所以选定西安高新区，主要还基于以下几个方面的考虑：一是西安在物流方面的便捷。西安处于全国的中心，承东启西，联通南北，随着一批铁路、高速公路和新机场的建设，西安物流的便利成为应用材料公司进入的一个重要因素。二是西安具有稳定的电能供应。半导体产业生产上对于供电的要求较高，首先要保证24小时连续供电，不能间断；同时对供电电压变化的幅度范围等电源质量有严格的要求。而西安高新区能够完全满足这些需求。三是相对于东部沿海城市，西安的水电气供应充足，且价格明显较低。四是建立在西安高新区内的陕西出口加工区B区能十分顺畅地为应用材料、美光等项目的产品入关、出关提供快捷服务。
西部将成为集成电路产业转移方向
业内人士分析，随着美光和应用材料项目的落成，西部地区将成为继长三角地区、环渤海地区之后，集成电路产业布局又一转移的方向。
据相关负责人介绍，自“二次创业”以来，西安高新区已吸引多个大产业项目入区。其中包括投资30亿人民币的比亚迪汽车项目、投资15亿元人民币的法士特汽车变速箱项目、投资10亿元的欧舒特汽车底盘项目、投资2.5亿美元的美国美光半导体项目、投资7亿元的西岳半导体项目和投资6800万美元的美国IR半导体项目等，形成了西安高新区汽车及半导体集成电路的产业群。
业内人士表示，目前在全球，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。现代经济发展的数据表明，集成电路（IC）产业作为信息产业和现代工业的基础和先导，是最具活力和渗透力的战略性产业。
半导体照明产业与标准化研究 篇7
半导体照明即采用发光二极管 (LED) 作为光源的照明方式。LED是一种由半导体技术研制成的光源, 具有可靠性高、功耗低、寿命长、污染少、抗震力强等优点, 由无毒材料制作而成, 属于典型的节能绿色照明光源。
半导体照明在特殊照明领域如交通信号灯、景观照明、LED全彩显示屏等的应用, 节能效果明显。景观照明 (替代霓虹灯) 节能70%, 水立方5×104 m2的景观照明工程全部采用LED, 与传统荧光灯相比, 全年预计可节约电能74.5万度, 节能73.34%;交通信号灯 (替代白炽灯) 节能80%;庭院灯节能70%。在功能性照明领域, 节能效果已开始显现, 如LED作为次干道路灯 (替代高压钠灯) 节能70%。虽然初始采购价格是普通灯的三倍, 综合节约成本约3～4年可以持平。
随着技术的不断突破, 功率的不断增大, 开始进入普通照明领域, 如LED汽车灯、LED背光源、LED手电筒、LED台灯、LED射灯、LED路灯、LED遂道灯、LED室内照明等, 年节电500亿度, 通过节电可以减少CO2, SO2、NOX、粉尘排放5 000×104 t。预计2015年, LED的发光效率可以达到150 lm/W, LED照明占有20%的照明市场, 每年将节约用电1 000亿度, 超过三峡水电站年发电量。通过节电可以减少CO2, SO2、NOX、粉尘排放1×108 t。
我国是能源消耗大国, 在照明上消耗能量占社会总量消耗的10%以上。半导体照明具有资源能耗低的特点, 从材料制备、产品制造和应用三个阶段全生命周期能耗低于传统照明。据统计如果我国现有家庭平均每户使用一只LED灯代替普通白炽灯, 每年可减少650万吨煤的燃烧。
世界照明工业正在转型, 根据国际社会创造节能的新局面的目标, 很多国家都在加紧立法, 鼓励使用节能型光源。欧盟2012起禁用所有瓦数的传统灯泡。大多数白炽灯泡将于2014年在美国市场上禁止销售。加拿大定于2012年开始禁止销售白炽灯。以LED占普通照明市场10%计, LED普通照明市场的潜在规模将达250亿美元。
毫无疑问, 半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。以“节能、环保”为目的的“绿色照明”已成为世界性主流。
2 国内外半导体照明发展计划
(1) 美国
美国从20世纪90年代开始致力于照明节能标准的研究, 并且各州都有相应的能耗限制标准, 涉及居住、办公、商业、体育、交通运输、医院、学校等建筑的照明节能。美国能源部推进固态照明计划和SSL (固态照明) 能源之星标准的发展。
2001年7月, 在美国“半导体照明技术蓝图”的基础上, 美国能源部启动“下一代照明计划”。美国能源部针对“国家半导体照明研究计划”进行核心技术的投资。其中与照明产品检测验证相关的有白光LED产品能源之星标准、商品检测工程 (CPTP) 、LED普通照明技术展示工程等。
(2) 日本
“21世纪照明计划”是由日本金属研发中心和新能源产业技术综合开发机构发起和组织的为期5年 (1998-2002) 的国家计划。目标旨在通过使用长寿命、更薄更轻的GaN高效蓝光和紫外LED技术使得照明的能量效率提高为传统荧光灯的两倍, 减少CO2的产生。日本已经完成了“21世纪照明发展计划”的第一期目标, 正在组织实施第二期计划。计划到2010年, LED的发光效率达到120 lm/W。
(3) 欧盟
欧盟将以节能灯、卤素灯泡和LED灯来代替白炽灯成为欧洲居民的主要照明灯。2011年前欧洲强制实施机动车日行灯, LED将更加广泛的应用于汽车。
欧盟设立了多色光源的“彩虹计划”, 成立了执行研究总暑, 通过推广半导体照明实现高效、节能、使用无害材料、制造自然光的目标。
(4) 其他国家和地区
2000年, 韩国政府制定了“氮化镓半导体开发计划”, 并成立光产业振兴会负责计划的组织与实施。韩国的“固态照明计划”经政府审议批准。
澳洲从2010年起禁用白炽灯。英国商业、企业和改革部于2007年7月启动了“用于有效照明解决方案的新型发光二极管”计划, 目标是开发新型氮化镓芯片技术, 将发光二极管光源商业化。
中国台湾地区从2010年开始实行永续能源政策纲领, 全面应用LED照明。2002年9月成立了“下一代照明光源研发联盟”, 进行高亮度白光LED的研究和开发。2002年10月成立“半导体照明产业推动联盟”, 并建立“高亮度白光LED专案计划”, 并推动的“下一代照明光源开发计划”。台湾经济部2008年提出《永续能源政策纲领》, 希望由政府带头做起节能减碳, 发展低碳经济, 全面应用LED照明。
(5) 中国
自2003年, 科技部实施“国家半导体照明工程”以来, 经过近十年的努力, 半导体照明产业已具一定规模。《国家中长期科学和技术发展纲要 (2006—2020) 》将高效节能、长寿命的半导体照明产品作为工业节能的优先主题。2006年, “半导体照明工程”被列为国家863计划重大项目。在十大重点节能工程、高新技术产业化示范工程、企业技术升级和结构调整专项等领域先后支持半导体照明技术研发和产业化项目。
2009年9月22日, 国家发改委、工信部等六部委联合发布《半导体照明节能产业发展意见》, 明确了加快半导体照明产业发展的指导思想、基本原则、发展目标及发展重点等, 为推动产业健康发展, 培育新的经济增长点, 扩大消费需求, 促进节能减排有重要指导意义。
3 半导体照明技术和产业发展现状
(1) 技术及产业现状
从1962年第一只红光LED诞生起, LED经历了46年的历程。国外LED技术特别在蓝光、白光、功率LED以及应用方面均有较大突破。但都集中在几个大集团公司, 如日本日亚、丰田合成公司、德国Osram公司、美国Gree和Lumileds公司等。他们申请有关LED的专利有1万多项, 形成了高度的技术垄断。
中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展, 中国的LED产业已经形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、封装以及LED应用产品在内的较完整的产业链。但是我国的半导体照明大部分只做技术含量不高的封装工艺, 而中上游领域发展的时间不长, 产品的推广力度不够, 多数应用还是在特种照明领域, 层次主要停留在中低档上, 在国际市场上占有的份额还比较低。
LED的核心技术是外延、芯片制造技术, 特别是高亮度LED和功率LED的核心技术。外延和芯片是产业的关键环节, 占到成本的60%～70%, 这方面的制造处于行业成长期、市场潜力大, 但是技术门槛高, 技术的成熟度、人员、持续创新能力、技术导向等都对产业的发展有很大的影响。
目前核心设备MOCVD (金属有机源化学气相沉积设备) 基本依赖进口。其中装备与原材料及高端应用产品成为制约我国产业发展的关键环节。
高亮度及白光LED近年来在我国内地发展非常迅速, 增长率均超过50%。国产LED外延材料、芯片以中低档为主, 80%以上的功率型LED芯片、器件依赖进口。
照明用LED的发光亮度、光电转换效率、能效、寿命等受到普遍关注。因此提高内量子效率和出光效率、提高抗光衰能力和功率芯片的散热水平等重要技术的研究非常重要。
我国的功率型白光封装取得了较大进展, 发光效率基本达到国际产业化水平。在半导体照明应用产品的系统技术集成开发方面也有不小的进步, 新开发的应用产品实现批量生产并有部分产品出口。
(2) 发展半导体照明产业的基础
在国家节能减排背景下, 发展半导体照明产业应将政府引导与市场机制相结合, 技术引领与需求带动相结合, LED产业发展最终还是需要靠产品标准和能效标准等政策引导, 因此从标准、检测、认证等多个方面共同努力, 为半导体照明产业的发展营造良好的环境。目前半导体照明产业的发展已经具有了一定的基础:
(1) 标准方面
标准是产业长远发展的方向, 具有战略制高点的意义。半导体照明产业链及标准体系已初步形成, 相关标准化组织逐步成立, 标准相继出台。原信息产业部组织成立了“半导体照明技术标准工作组”, 并推出了“企业联盟”等有代表性的标准化组织, 这一标准化新举措得到了广大企业的重视和支持。
目前, 半导体照明技术标准工作组成员单位有73家, 涵盖了产业链上的芯片制作、器件封装、荧光粉制备和应用产品制造等各方面的产学研用企事业单位、科研院所和大专院校。该工作组于2009年发布了九项半导体照明电子行业标准, 涉及术语、材料、芯片技术、封装产品检测和测试方法等多个领域。全国照明电器委员会也颁布了八项标准, 涉及LED模块安全、性能、测试方法、术语和LED灯具, 这些是半导体照明领域重要的技术标准。
(2) 检测方面
半导体照明产品越来越多地进入人们的日常生活, 无论是政府采购、工程招标, 还是民众购买, 都对半导体照明产品的质量和能耗非常关注, 市场对半导体照明产品检测机构需求非常大。检测平台能够为发展半导体照明产业发展提供必要的支撑。
我国自半导体照明工程启动之后, 产业化关键技术有了一定的突破, 产业投资非常踊跃, 但我国在LED及其应用产品的检测能力方面还处于起步阶段。各地纷纷大力投资建设检测机构, 但仍存在很多问题:一是设备重复投入, 缺乏国家层面的统筹协调;二是产品检测方法不统一, 检测机构之间对同一产品的检测结果不一致;三是检测机构的大力建设, 有经验的技术人员队伍建设速度跟不上。
(3) 认证方面
开展半导体照明产品的节能认证是半导体照明产业发展的重要环节。出口美国、欧洲等国家的产品都需进行能效的检测并贴能效标签。中国质量认证中心 (CQC) 建立了高效照明电器产品的认证和标识制度, 将对半导体照明产品等开展节能认证工作, 其中主要包括LED道路/隧道照明产品、LED筒灯和发射型自镇流LED灯三类产品。半导体照明产品的节能认证的开展是与国际接轨的重要途径。
(3) 存在问题
半导体照明产业作为革命性的技术产业, LED产品技术创新与应用开发能力的提高, 器件可靠性研究位置越来越突出, 测试技术与标准也渐成热点, 中国LED产业已经进入了一个崭新的发展阶段。但仍存在一些关键问题制约着产业的发展。主要表现在:
(1) 研发层面
缺乏核心专利与专利战略;研发投入不足, 缺乏支持基础理论研究的长效机制, 共性技术研发平台尚不完善, 关键技术研发没有形成合力。人才结构性缺乏, 特别是产业化人才;资源分散、共享机制尚未形成;企业尚未成为研发主体, 成果转化与持续创新能力不足。
(2) 企业层面
我国半导体照明生产企业超过3 000家, 其中70%集中于下游产业, 且技术水平和产品质量参差不齐。企业规模小, 产品档次低, 赢利能力差;尚未形成竞争优势和品牌;核心装备与关键材料严重依赖进口。
(3) 产业环境方面
检测设备、检测方法研发和标准制定工作不能完全适应产业快速发展的要求。半导体照明产品的标准与检测体系建设亟待完善, 权威检测平台尚未建立, 无法对现有半导体照明产品进行质量评价或认证。据调查, 国内对半导体照明光源LED性能参数的检测还没有一家设备齐全、公正的检测机构, 也没有统一、规范的检测仪器和方法。因此, 目前国内的检测能力还不能完全满足当前产业快速发展的需要。
虽然不少地方将半导体照明节能产业作为发展的重点, 加大支持力度、但也同时存在盲目投资、低水平建设、产业无序竞争、产品质量良莠不齐的现象, 资源浪费严重, 影响消费者信心, 不利于产业健康发展。
我国LED产业的国际竞争力还比较弱, 虽然中国是照明产业的大国但却不是强国。如何用高新技术改造传统产业, 提升产业的核心竞争力, 半导体光源这项高新技术是中国照明产业从半导体照明的大国走向强国的关键, 培育有国际竞争力的新型照明产业是非常重要的。
4 半导体照明标准化发展建议
在节能环保背景下, 政府的大力支持和巨大的市场需求对我国的半导体照明是千载难逢的历史机遇。目前, 我国相关的政策相继出台, 根据我国半导体照明的发展状况提出如下几点建议:
(1) 积极推动半导体照明标准制定、产品检测和节能认证工作
对于整个产业的发展而言, 政府通过制定标准或者产品补贴来进行政策引导。因此按照已有的半导体照明技术标准体系、有规划、有步骤地完成标准制修订工作, 同时注重与传统照明产业技术上的区别, 根据产品本身的技术特点制定科学、合理、可操作的标准;标准的制定应以国内的技术水平为基础, 在满足产业需求同时注重标准的时效性;
此外, 积极推动我国半导体照明权威检测机构的建设速度, 促进节能认证工作的进程, 使其更快更好的服务于产业。
(2) 重视核心技术和知识产权战略研究
由于白光普通照明远没有达到产业化程度, 因此仍有很大的技术发展空间。因此应该以此为契机, 专门组织专利的分析研究以寻找突破, 在此基础上选择优先发展方向, 增强半导体照明研究型企业申请专利保护的意识。
(3) 加强半导体照明人才队伍建设
半导体照明产业是技术密集、知识密集的高科技产业, 关键技术的研发、测试方法的研究等都需要大量高素质、高技能的人才。因此需要提升国内相关技术和管理人员的专业水平, 加快培养产业发展急需的人才的进度。加大标准化专业知识的培训力度, 提高运用标准化技能开发产品和参与市场竞争的能力。
(4) 积极参与国际相关组织和活动
积极参与国际相关组织的活动, 密切关注国内外半导体照明节能标准、法规和政策, 跟踪国内外半导体照明的先进技术和成果, 做到与国际接轨。
摘要：半导体照明被世界公认为节能绿色的照明光源。阐述了国内外半导体照明发展计划, 通过对我国半导体照明产业状况进行分析, 结合我国特点, 提出半导体照明标准化发展建议。
半导体产业 篇8
据中国台湾《工商时报》报道, 深圳半导体产业链近年来发展迅猛, 有望赶超上海和苏州。 以上海为例, 有中芯国际、华虹NEC等8寸和12寸芯片厂, 封测端有日月光与美商艾克尔全球前二大厂, 设计端更是中小厂林立。在苏州, 芯片代工厂以和舰最出名, 封测方面有矽品全球第三大厂, IC设计业者更有不少是落脚苏州的工业园区。
但是深圳近年来呈现出迅猛发展势头。2008年大陆十大IC设计企业, 位于深圳的海思半导体以30亿元名列榜首。以半导体产业链的发展来看, 上海跟苏州是目前大陆所有城市中发展脚步最快的, 而近年来, 不少国际级半导体业者也开始落脚深圳, 让深圳的半导体产业链也逐步建构起来。设计端从华为、中兴通讯独立出来的海思半导体和中兴电子设计;芯片厂部分, 除了中芯国际的8寸和12寸厂外, 还有比亚迪、方正微电子、深爱半导体等。
产业下游的封装测试方面, 则有意法半导体的深圳封测厂, 以及全球存储器模块龙头金士顿转投的DRAM封测厂沛顿。
半导体产业 篇9
该《规划》是在对国内外半导体照明技术创新和产业发展现状深入调查研究的基础上, 结合国家相关经济产业目标制定而成的。按《规划》要求:到2015年, 关键设备和重要原材料实现国产化, 重大技术取得突破;高端应用产品达到国际先进水平, 节能效果更加明显;LED照明节能产业集中度逐步提高, 产业集聚区基本确立, 一批龙头企业竞争力明显增强;研发平台和标准、检测、认证体系进一步完善。业界认为, 《规划》既具有一定的前瞻性, 同时又具有很强的现实性, 成为近期我国LED照明节能产业发展的指导性文件, 将使LED照明市场的竞争秩序得到逐步规范, LED照明产业有望进入更加健康有序的发展阶段。
(一)
现状:机遇与挑战并存
我国是世界最大的照明电器生产、消费和出口国。近年来, 国内政策逐渐向应用端倾斜, 政府不断加大半导体照明产品的应用推广力度, 扩大应用范围, 实施了绿色照明工程、“十城万盏”半导体照明应用试点示范工程、半导体照明应用产品示范工程、节能产品惠民工程及节能减排工程等, 并发布了《中国淘汰白炽灯路线图》。
LED照明之所以受到国家如此重视, 一方面由于LED照明产品应用广泛, 另一方面, 则由于其相对传统照明产品有明显的节能效果。在去年11月召开的2012光电产业及投融资合作论坛上, 中科院半导体所副所长陈弘达指出, 如果中国50%的光源换用LED, 将可实现年节电2100亿千瓦时, 相当于再建2.5个三峡工程。
在政府的大力倡导之下, LED照明产业成为市场追捧的热点。我国LED照明产品的市场规模不断扩大, 形成了较完整的产业链和一定的产业规模, 具备较好的发展基础, 已成为全球LED照明产业发展最快的区域之一。2012年, 我国半导体照明产业应用环节的整体规模达到1520亿元, LED在照明和背光应用领域的市场渗透率已分别超过了3%和60%。
然而, 产业在快速发展的同时, 也面临着严峻的挑战:企业规模普遍偏小, 产业集中度低, 盲目投资、低水平重复建设现象较为严重;核心专利尚需突破, 研发投入有待加强, MOCVD等关键设备仍然依赖进口;市场竞争无序, 产品质量有待提高;标准、检测和认证体系建设仍待加强, 服务支撑体系尚需完善。缺乏核心技术、质量参差不齐, 以及行业的过度竞争, 使得部分企业倒闭, 更是给LED照明产业的发展蒙上了一层阴影。
目前我国已进入了大规模应用LED前的关键时期, 如何引导培育半导体照明新兴市场是当前我国半导体照明产业发展的重中之重。
(二)
关键设备实现国产化
专家指出, 此次发布的《规划》, 相当于是以前发布的文件经过几年实践和修订之后的延续, 也说明了国家对LED照明一以贯之的重视。
《规划》明确:到2015年, 关键设备和重要原材料实现国产化, 重大技术取得突破;高端应用产品达到国际先进水平, 节能效果更加明显;LED照明节能产业集中度逐步提高, 产业集聚区基本确立, 一批龙头企业竞争力明显增强。
《规划》主要从三个方面提出了要求:节能减排效果更加明显, 市场份额逐步扩大。到2015年, 60W以上普通照明用白炽灯全部淘汰, 市场占有率将降到10%以下;节能灯等传统高效照明产品市场占有率稳定在70%左右;LED功能性照明产品市场占有率达20%以上。此外, LED液晶背光源、景观照明市场占有率分别达70%和80%以上。专家介绍说, 与传统照明产品相比, LED道路照明节电30%以上, 室内照明节电60%以上, 背光应用节电50%以上, 景观照明节电80%以上, 实现年节电600亿千瓦时, 相当于节约标准煤2100万吨, 减少二氧化碳排放近6000万吨。
产业规模稳步增长, 重点企业实力增强。LED照明节能产业产值年均增长30%左右, 2015年达到4500亿元。其中LED照明应用产品1800亿元;产业结构进一步优化, 建成一批特色鲜明的半导体照明产业集聚区;形成10~15家掌握核心技术、拥有较多自主知识产权和知名品牌、质量竞争力强的龙头企业。
技术创新能力大幅提升, 标准检测认证体系进一步完善。LED芯片国产化率80%以上, 硅基LED芯片取得重要突破;核心器件的发光效率与应用产品的质量达到国际同期先进水平;大型MOCVD装备、关键原材料实现国产化, 检测设备国产化率达70%以上;建立具有世界先进水平的研发、检测平台和标准、认证体系。
推进四项重点工程
《规划》提出将着力在产品示范应用、技术研发、装备制造、标准化推进等方面实施四大重点工程。
逐步加大财政补贴LED照明产品推广力度。在商业照明、工业照明及政府办公、公共照明等领域, 重点开展LED筒灯、射灯等室内照明产品和系统的示范应用和推广;适时进入家居照明领域;在户外照明领域, 重点开展LED隧道灯、路灯等产品和系统的示范应用。
大力发展大尺寸外延芯片制备、集成封装等产业化关键技术。优先发展基于大尺寸硅、蓝宝石、碳化硅衬底的LED芯片制备技术及三维、晶圆级等新型多功能集成封装技术的研发。
着力推进核心装备的引进消化吸收和再创新, 力争实现生产型MOCVD设备量产。促进生产设备、工艺装备、检测设备制造商与材料工艺研究机构及用户间的合作。
加快制定与出台LED照明产品检测方法、性能、安全、规格、接口等国家标准、行业标准, 结合国家相关政策实施, 研究制定更高要求的技术规范。完善半导体照明标准体系, 积极参与国际标准研究与制订。
应用端支持力度加大
专家认为, 《规划》中提出的三大主要任务和四大重点工程中均把产品的推广应用放在首位, 表明政策对应用端的支持力度逐渐加大, 而且循序渐进。
另外, 《规划》也紧密结合当前LED照明产品应用现状对应用推广的时序和重点进行了明确的阐述。如目前LED商业照明无论经济上还是节能效果上优势明显, 是国内LED渗透率增长最快的细分市场, 因此被“优先推广”;公共照明特别是道路、隧道、地铁等市政照明是政府重点关注的照明领域, 受到示范工程的拉动, 道路照明成为LED照明产品最早进入应用的领域, 随着LED照明技术的日益成熟, 其市场需求也稳步增长, 因此要“积极推广”;而受价格和公众认知度、购买习惯等因素的影响, 目前LED在家居照明中应用十分有限, 而且考虑到与现有的CFL节能灯推广政策相衔接, 因而会“适时推广”。
产业化技术引领发展
目前, 国际上几大行业巨头加快了研发与产业化进程, 技术、标准、专利、人才竞争白热化。而我国企业规模小而散, 产业化共性关键技术研发平台缺乏, 必须联合投入, 建立新的技术研发机制。为此《规划》提出, 要围绕产业发展需求, 加快核心材料、装备和关键技术的研发。作为一个产业规划, 其更强调产业化的关键技术、核心装备的国产化以及配套材料的产业化。这与之前发布的《半导体照明科技发展“十二五”专项规划》有所区别 (科技规划对基础研究、前沿技术以及应用技术都有部署) , 同时又有所延续。
为了改进重大项目组织方式, 提高攻关效率, 《规划》突出了企业在技术创新中的主体地位, 提出建立以企业为主体、产学研紧密结合的技术创新体系;建设国际化、开放性的公共研发平台;积极发挥企业技术研发中心作用, 提升LED照明节能产业的整体创新能力。专家认为, 未来这种联合创新模式有望成为我国半导体照明战略性新兴产业发展的有力支撑。
此外, 半导体照明产业是劳动密集型和技术密集型产业, 产业的健康发展必然拉动就业需求。年均30%的增长率不仅需要一大批高科技人才团队作支撑, 对有经验的产业工人也有巨大的需求。为此, 规划特别在保障措施中提出了人才培养的思路, 对有志从事LED行业的人才和LED行业相关教育培训机构提供了方向性指导。
(三)
产业结构有望调整
《规划》的联合发布, 对半导体照明市场的启动具有重要意义, 对产业来说是一个巨大利好。
“《规划》综合了各方面的意见, 对之前的一些指标进行了修订, 提出的发展目标是切实可行的。”中国照明学会专职副理事长刘世平说。
《规划》的发布, 也让一度受企业倒闭影响的LED照明产业更加坚定了信心。山西证券分析师张旭表示, 《规划》可能成为LED照明推进的政策起点, 在中央部委政策推动下, 各地发展规划有望陆续出台。
事实上, 股市已经对此有所反应。在《规划》发布的第二天, 多只LED照明概念股纷纷涨停, 其他相关个股, 如阳光照明等涨幅也在6%以上。
《规划》还有望改变当前LED照明重复建设、低水平竞争的现状, 让中国LED产业由乱到治。中银国际分析师李鹏指出, 纵观各个新兴行业的发展历程, 无序竞争倾向是行业发展必经的一环, 我国LED照明产业面临企业规模普遍较小、产业集中度低、核心专利需突破、市场竞争无序等挑战, 《规划》的发布将推动LED行业的规范良性发展, 2013年将会继续过去的整合淘汰过程, 一些竞争力不强的企业将被逐步淘汰, 优势企业有望借助政策推动做大做强。
(四)
仍然任重道远
虽然《规划》的发布对于我国LED照明产业将起到切实的指导意义和推动作用, 但有关专家指出, 实现LED照明市场有条不紊的发展依然任重道远。
中投顾问高级研究员贺在华认为, 技术的自主研发是我国产业长期存在的劣势, LED照明产品生产中关键设备和重要材料实现国产化需要长期投入, 包括人才培养、研发资金等。
刘世平也表示, 对于包括外延片技术、芯片技术及原材料等在内的一些LED照明产业链上游环节, 我们国家依然处于弱势地位。
“因为LED照明技术是在国外兴起的。他们把能想到的技术路线、专利几乎都注册了。我们想绕过他们, 不是没有可能, 但是难度确实比较大。这是我国LED照明发展的主要瓶颈。”刘世平说。
而对于这一问题, 刘世平认为, LED照明核心技术的攻关要打破过去的条条框框, 集中全国各地优秀人才联合攻关, 以和国外的LED照明大公司进行抗衡。
创新设计才有出路
在这一过程中, 需要找准LED照明应用的突破点在哪里。
世界各国纷纷对白炽灯明确了淘汰或限制使用等政策, 白炽灯将逐步退出历史舞台;而当下大力推广的节能灯由于环保问题也屡遭诟病。LED照明灯具将成为未来的主力照明灯具, 这在行业内已经获得共识。但目前, LED的推广仍存在一些问题。LED怎样才能为用户所接受, 并真正成为主流灯具?要解决目前面临的问题, 必须找到能充分发挥其优势的应用方式, 这是LED业界面临的共同考验。
江苏省常熟市合众环保能源技术研究所所长沙永康认为, LED发光二极管的单个功率不大, 若需要功率较大则需若干个发光二极管以达到设计功率, 因此就面临散热问题。这一问题倘若不能有效解决, 会影响产品寿命。目前的LED灯具都需要散热器件, 导致的结果是体积加大、成本升高。
沙永康表示, LED灯具现阶段还多是参照白炽灯和荧光灯的基本要素来设计的, 即除了发光管以外都依据原有灯具要素, 这使LED照明的优势未能充分发挥, 同时导致成本很高。LED灯具的价格高出节能灯和高压钠灯几倍, LED在市场上也因为价格较高而影响了其竞争力。所以, LED灯具的式样构造继承了白炽灯、荧光灯的基本式样, 这对于应用而言是较为顺利的, 但却失去了LED自身的特征, 以己之短击对手之长, 难免缺乏竞争力。因此, 唯有创新设计才有出路, 才能开创LED的未来。
需加强专利保护制度
近年来, 我国大陆地区LED专利申请数量大幅增长, 申请量已经超过美国列世界第二位。不过, 这些专利主要集中在半导体照明产业链的中下游领域, 中游封装、下游应用环节的专利占申请总量的64%, 其中LED应用申请量约占专利总量的43%, 而在关系到产业长远发展的关键技术环节仍缺乏核心专利。
随着半导体照明产业的逐步发展, 市场竞争愈加激烈, 国际产业巨头们纷纷利用专利手段争取在市场上跑马圈地占据有利地位。业内人士表示, 国内LED照明核心技术缺失的最主要根源之一, 就是国内LED照明产业缺少标准。截至目前, LED在中国已经历了20年的发展历程, 但国内仍然缺乏被业界认可的国家标准。标准的缺失造成LED照明市场的奇怪现象, 做高端LED照明产品的公司反而会“吃亏”, 因为低端产品可以通过低价轻易拿到项目, 这对于一个产业的发展来说是十分不利的。因此, LED产业的加快发展, 需要加快行业标准的制定以及核心技术的研发, 否则, 我国LED产业的前景将是灰暗的。
普及仍需循序渐进
此外, 由于技术成熟度和价格等问题, LED照明在普及方面也将面临诸多挑战。对此, 刘世平认为, 应该循序渐进, 对于那些能够发挥LED照明优势的领域应该大力推广, 而对于那些暂时还不成熟的领域则宜缓行。
据刘世平介绍, 目前在北京的宜家家居地下停车场, 以及奥运媒体村的地下停车场等地, 均应用了LED照明技术。“地下停车场对照明要求不是很高, 再配上自动控制系统, 节能的效果会很明显。”刘世平说。
而在室内照明方面, 尤其是量大面广的老百姓家里, 刘世平认为目前LED照明还存在价格过高、发光角度有欠缺及照明舒适度等问题, 因此大规模推广仍需时日。
随着城镇化进程的加速和节能减排的迫切需求, 我国LED照明市场潜力极大。但与巨大的市场空间形成鲜明对比的是, 目前LED产品的公众认知度不高, 产品质量参差不齐, 价格战愈演愈烈, 市场不规范, 存在低价、低质恶性竞争现象, 应用推广和服务模式还不成熟, 营销渠道不健全, 产业服务支撑体系尚需完善。这些导致了LED应用市场特别是照明市场的推广难度较大, 严重影响了产业的良性发展。
半导体产业 篇10
Sematech制造联盟新兴技术副总裁Raj Jammy指出, 其中的一个理由是, 成熟的MEMS技术已经为各种不同的传感器, 在i Phone等新潮电子产品中的应用开拓了庞大新市场, 不过MEMS是针对特殊应用的组件, NEMS则能提供整套的潜在应用方案。
NEMS被形容为MEMS与纳米技术的结晶;在美国国防部高等研究计划署 (Drapa) 掌管NEMS研究的Dennis Polla表示:“如果某系统有一个关键机械零件或架构的尺寸小于1微米 (micrometer) , 并且能整合其它不同的零件, 那就是NEMS。”他指出, 该单位认为NEMS技术就是“下一场微型化革命”。Darpa正在研究将NEMS技术与传感器、致动器 (actuators) 、电子组件与光学组件、甚至微流体组件整合的方法。
NEMS组件与其它许多新兴IC技术一样诉求低功耗特性, 不过NEMS组件还有其它优势, 包括高速度 (gigahertz) 、低漏电、与现有CMOS制造设备兼容, 以及可进军传统芯片无法运作之严苛环境, 开创一系列特殊应用。这意味着NEMS的角色将不只是做为i Phone内的触控传感器;Jammy举例说明, 相关的严苛环境应用包括汽车、工业领域的储存设备, 或是RF与生物医疗应用等等。Darpa也在研究NEMS组件的军事应用。
半导体产业 篇11
Abhi TalWalkar：
Abhi Talwalkar是LSI公司的总裁兼首席执行官。Talwalkar加入LSI公司之前是英特尔副总裁兼数字企业事业部的联合总经理，该集团涵盖了英特尔的商用客户、服务器、存储和通信业务。之前，他还担任过Intel副总裁兼企业平台事业部总经理。在1993年加入Intel之前，Talwalkar在Sequent计算机公司（现为IBM一部分）、Bipolar集成技术公司和Lattice半导体公司担任过高级工程师和市场管理职务。
小小的半导体不仅蕴含着巨大商机，还将在各个领域改变并改善人们的生活。全球半导体行业在2008年将继续发力“上扬”，引爆全球产业大商机。
2007年是贝尔实验室发明晶体管60周年。晶体管与半导体芯片使我们的工作和生活方式发生了巨大变化，而当前半导体产业本身也正在发生着巨变。该行业的市场领域已经或正在形成以几家公司为核心的阵营，而其它领域也迫切需要整合成一种更高一致性、更可持续发展的结构，并要求我们从全新的角度来思考它是如何为客户创造价值的。半导体公司应加速做好长远规划，放眼于芯片之外更长远的发展。
半导体产业的巨变对消费者和硅谷都有着巨大影响。对消费者来说，半导体产业整合不仅可加快创新步伐，而且还能显著加速产品（或技术）的上市进程。对于圣何塞地区的硅谷而言，半导体产业整合将推进新的技术革命，并带动硅谷产业的不断创新。
当前半导体产业市值高达2500亿美元，从业公司约450家。但其产业结构不一，缺乏竞争，有的市场领域甚至尚未开发，从而形成了一种“温室环境”。最早推动半导体产业发展的是美国政府，现在则是由消费者需求推动其发展。随着推动因素的变化和竞争的日益加剧，半导体产业的周期波折特性已有所遏制。但是，这种稳定性的代价则是使该产业的年销售增长率从历史最高纪录的15%～20%降至目前的7%～10%。
与此同时，在摩尔定律的推动下，该产业的集成度不断提高，市场的进入门槛也不断提升。有人估算，初创半导体公司的前期投入已从10～15年前的1,000万美元增长到了目前的5,000 万美元。要想让这样大规模的投资实现5倍乃至10倍的收益，半导体公司要开创的市场规模怎么也要达到10亿美元。目前，这样大规模市值的市场早就挤满了各种规模的竞争公司。
此外，新技术工艺不断加速发展。目前的设计周期为18个月。新的芯片制造厂的造价为30亿美元，在此情况下，能承担自身制造芯片成本的半导体公司越来越少。而且，在今后 15 年间，随着半导体技术接近“红砖墙”（互补对称金属氧化物半导体技术的极限），制造成本必将上升。
针对上述问题，半导体公司如何应对？首先，半导体公司应该力争领先以免惨遭淘汰，应致力于自身能保持领先地位的市场领域；其次，半导体公司应通过合并与收购等方式扩大规模，大型设备制造商越来越关心小型半导体公司的产能与资历；再次，半导体公司应放眼芯片之外，沿产业价值链上溯而行，推出固件、系统设计乃至部分系统软件。
从很大程度上说，这种从芯片到系统再到软件的商业模式是最难实现的，也是半导体公司必须采取的转型措施。半导体公司通常与产品的最终用户隔着两个甚至三个层面的市场，因此难以预见最终用户的需求。不过，各级设备制造商加强联系，将软件与集成问题捆绑起来，采取系统性的方法来加强合作，这样半导体公司就能贴近最终用户，并为设备制造商提供他们所需的创新型产品，并进一步加强彼此间的合作。
放眼芯片之外，还要求以新的方式方法处理与其它半导体公司之间的关系。在全新的环境下，竞争对手、客户以及供应商之间的界限往往是模糊的。成功的半导体公司有时必须与其它公司在某个市场领域加强合作，同时又在其它市场领域上与其展开竞争。
但不可否认，中国将是半导体产业中重要的一环。
虽然，2006年下半年到2007年里，全球半导体行业“出现了一些疲软现象”。但如果从历史经验判断，2008年的全球半导体市场仍将出现良性增长趋势。这意味着2008年半导体行业将恢复元气，并出现加速增长。
如今，不管在消费领域还是在电子产品生产领域，中国都将成为国际半导体产业非常重要的角色。而且中国是驱动半导体行业发展的“非常重要的市场”。此外在半导体设计方面，中国也有很大的潜力，尤其是近几年，在中国半导体行业中已经可以看到设计业的崛起，中国半导体企业对全球市场机遇的捕捉能力也越来越强。
半导体产业 篇12
关键词：宽禁带半导体材料,SiC,GaN,ZnO,金刚石,发光二极管
0 引言
半导体材料是电阻率在10-5～107Ω·m范围内、导电能力介于导体与绝缘体之间的材料,是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料,支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展[1]。在半导体产业中,一般将Si、Ge称为第一代半导体材料;将GaAs(砷化镓)、InP(磷化铟)、GaP(磷化镓)等称为第二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>2.3eV)的SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)和金刚石等称为第三代半导体材料。
相比第一代、第二代半导体材料,第三代半导体材料有很多重要的优点,例如:禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度快、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性良好等。这些优良的性能使其在光电器件、大功率高温电子器件等方面备受青睐。在LED(发光二极管)产业,第三代半导体材料也凭借其诸多特性大显身手[2]。
当前LED产业蓬勃发展,在某些领域,如交通信号灯、标志照明和大面积显示屏中,LED已经得到广泛应用。很多专家甚至预言半导体照明的时代即将来临。正是由于第三代半导体材料在LED产业中的应用,才突破了蓝色LED的技术瓶颈,使得LED白光照明和全色显示成为可能,从而极大地推动了LED的发展与普及[3]。常见的第三代半导体材料有GaN、SiC、AlN、ZnSe、C-BN、CdS、ZnS、ZnO和金刚石等,其中在LED产业中比较有代表性的是GaN、SiC、ZnO和金刚石。虽然主要都被用作短波段LED的发光材料,但是其各自的发展历程和所处的境况却不尽相同。
1 Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料SiC
SiC是开发最早的宽禁带半导体材料,在现今已开发的宽禁带半导体中,SiC是技术发展最成熟的一种。SiC晶体结构具有同质多型的特点,即在化学计量成分相同的情况下具有不同的晶体结构,各同质异型体之间的化学性质相同,但在物理性质,特别是半导体性能方面则表现出各自的特性。目前已被证实的SiC多形体就超过200种,最常见的SiC多型体有立方结构的3C-SiC和六方结构的6H-SiC、4H-SiC[4]。SiC属间接禁带半导体,导致SiC LED的发光效率都较低,但是由于研究得很早,所以制造工艺比较成熟,且SiC蓝色LED有耐高温、抗辐射损伤、耐高电压击穿和高频特性好等优点,因此仍得到广泛使用。
最早的SiC蓝色LED出现在1977年,由于当时生长的SiC单晶片尺寸小而缺陷密度大,因此SiC LED的进一步发展受到抑制。1991年Cree Research Inc用改进的Lely法生产出较高质量的6H-SiC晶片,1994年又获得4H-SiC晶片,使得SiC LED迈上了高速发展的轨道。目前6H-SiC蓝色LED已经逐步实现商品化,Cree公司研制的蓝光LED已投入批量生产,其典型亮度为10mW 。常规的6H-SiC LED的开启电压是2.5V,输出上升响应时间为1～2μs,在漏电流4A下的反向击穿电压为20V。发光亮度随注入电流的增加而提高,超过100mA时,由于p-n结结温的提高,使亮度开始饱和。但若用大于3A的脉冲电流通过LED就能获得更高的亮度输出。由于D-A对的复合是SiC蓝色LED的主要发光机制,所以外延层中的光输出与掺入的杂质有关,特别是n型层中的Al起着少数载流子的作用,其含量影响着光输出的效率。现已证明 ,随着Al含量的增加,不仅LED外部的量子效率增大,而且其主发射波长也略有增加。另外,由于六方SiC与GaN晶格与热膨胀相匹配,它又是制造高亮度GaN发光和激光二极管理想的衬底材料[5]。
立方晶体SiC的带隙较小(2.2eV),可以作为绿光LED的芯片材料;4H-SiC有着比6H-SiC更宽的带隙(3.265eV),因此4H-SiC LED的发光波长短于6H-SiC LED的发光波长,色彩为蓝-紫色。其典型的开启电压为3.2V,反向击穿电压为30V,发射波长为420nm,谱线半宽度为47nm[6] 。
较高亮度SiC蓝色LED的出现,使得用红、绿、蓝LED芯片发光作为三基色的全色彩输出LED的实现成为可能,为LED打开了更为广阔的应用领域。目前已经能够制造出这样的器件,但是由于SiC蓝色LED的发光亮度远低于红、绿LED,其发光效率和亮度还有待提高。
除了发光效率低的问题,SiC LED 还需要在以下两方面进行改进:
(1)晶片尺寸和价格。以Cree公司为代表的SiC单晶的研制已取得突破性进展,5.08cm(2in)的4H-和6H-SiC单晶与外延片,以及7.62cm(3in)的4H-SiC单晶已有商品出售,但目前6H-SiC晶片的尺寸还远小于其它半导体材料(如Si、GaAs),且价格比较昂贵,2006年1片5.08cm(2in) SiC单晶片的售价高达500美元[7]。因此需要改进SiC的生长工艺,制造出大面积且相对便宜的SiC晶片,才能满足工业上大规模批量生产的要求。
(2)晶体缺陷密度。目前生产的SiC单晶中还存在有微管缺陷,衡量缺陷数量的腐蚀坑密度也偏高,需要对缺陷的来源做进一步研究,生长出更高质量的单晶片[8]。
2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料GaN
Ⅲ-Ⅴ化合物中的GaN、AlN和立方氮化硼等都是比较常见的宽禁带半导体材料,在LED领域应用得最多的是GaN。与SiC相比,GaN具有其独特的优势:①是直接跃迁半导体材料;②电子迁移率是SiC的2倍;③已经可用10.16cm(4in) 外延片技术;④无微管缺陷;⑤只有1种多型体[7,9]。虽然发展相对较晚,但是GaN半导体工艺近20年来发展态势极为迅猛,已成为光电领域应用最广泛的第三代半导体材料。
早期的GaN材料中,由于存在着大量氮空位使得材料中的背景电子浓度很高,GaN表现为n型导电体,而p型GaN材料却无法获得。所以最早的GaN LED采用的是MIS结构[10]。MIS结构的LED发光效率比较低,仅有0.03%～0.1% ,峰值波长约为485nm,FWHM(光谱半峰宽)为70nm,典型工作电压(当输入电流为20mA时)为7.5V,10 mA下具有2mcd的光输出,使用寿命较长。
1983年Yoshida等在蓝宝石衬底上淀积一层AIN作为缓冲层,使GaN的表面结构和晶体质量有了明显的提高。随后Amano等发现用LEEBI技术能获得p型GaN。所谓LEEBI是低能电子辐射(Low energy electron beam irradiation)的英文缩写,即将用Mg掺杂的高阻GaN材料进行LEEBI处理,使材料的电阻率大幅度降低并呈现高的空穴浓度。这两次重大突破为GaN p-n结LED的产生奠定了基础。
20世纪80年代末,日本名古屋大学的研究人员制作出第一只GaN p-n结LED[11]。他们利用低能电子束辐射法对掺MgGaN进行处理,使GaN 的电阻率从108Ω·cm骤降35Ω·cm,空穴浓度为2×1016 cm-3,空穴迁移率为8cm2/(V·s),从而实现p-GaN。他们还利用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)在AlN缓冲层上外延生长GaN薄膜。实验数据证明,p-n结LED的I-V特性和DC-EL特性都明显优于MIS LED,且其光谱输出有2个峰,主峰值对应370nm,次峰值对应430nm。
此后,GaN基LED得到了迅速发展。1991年Nichia公司成功地研制出掺Mg的同质结GaN 蓝光LED[12],并首次实现了在GaN缓冲层上利用双流MOCVD生长GaN薄膜,从而大大提高了薄膜质量,使GaN的空穴浓度达到3×1018 cm-3。发光峰值波长为430nm,光谱半宽FWHM为55nm,光输出功率达到42μW(I=20mA),且此时的工作电压只有4V,外量子效率约为0.18%。光谱质量较好,只有1个峰值。
1992年末Nakamura等[13]研制出第一只p-GaN/n-InGaN/n-CaN 双异质结蓝色LED,其输出光峰值波长为440nm;输入电流为20mA时,输出功率为125μW,工作电压较高,为19V,这主要是由于p-GaN层的晶体质量较差;外量子效率为0.22%。在此基础上,Nakamura等于1993年研制出高亮度InGaN/AlGaN双异质结蓝色LED[14,15]。这是第一次采用Zn掺杂InGaN作为有源层,以Zn杂质作为发光中心;输入电流为20mA时工作电压为3.6V,输出光功率为1.5mW;峰值波长为450nm,FWHM为70nm,外量子效率高达2.7% ,其发光亮度已超过1cd。
在这以后又开发出量子阱结构的GaN LED。对于单量子阱蓝光InGaN LED,输入电流为20mA时,输出功率可达4.8mW,且正向电压仅有3.1V;峰值波长为450nm,外量子效率高达8.7%;对于GaN基多量子阱蓝光LED,输出光波长为445nm,FWHM为28nm,输入电流为20mA时,输出功率为2.2 mW,但饱和电流可达1.4 A,此时的输出功率达到53mW,外量子效率为4.5%[16,17]。
在波长更短的紫光和紫外光范围,GaN也得到应用。1998年Guha等最早采用MBE方法生长了UV和紫光GaN/AlGaN双异质结(DH)LED。衬底是晶向(111)掺砷的低阻n型Si,缓冲层为AlN。
由于GaN是直接带隙半导体,所以它有高的输出功率和外量子效率。与市售SiC LED (峰值波长480nm,亮度8mcd)的输出功率比较表明,在注入电流1～4mA 范围内,GaN LED的输出功率约是SiC的10倍,GaN LED的外量子效率约为0.18,进一步改进晶体质量可获得更高功率的蓝色LED。
如今,GaN 已经成为制造短波段LED的常见材料,并且很有希望在白光LED和全色显示领域实现突破,得到有市场价值的GaN白光照明LED和全色显示器件。最早的白光LED样品就是1996年Nichia公司利用GaN-LED发出的蓝光激励黄色荧光粉,通过光的复合得到的。
不过单晶GaN衬底的价格到目前为止还是非常昂贵的(5.08cm(2in)衬底,$3000～7000/片)[7],这无疑阻碍了GaN半导体器件的商业化进程。人们正在尝试采用蓝宝石衬底,它是迄今为止最便宜而且很实用的GaN器件衬底。但是,蓝宝石是绝缘体,器件需要横向设计,与垂直器件相比受到击穿电压限制,而且得到的高功率密度器件的体积也很大。现在一种降低成本的新方法就是采用Si作GaN生长的衬底,取得了良好的效果。2000年美国南卡大学M.Asif Khan等报道了在Si衬底上选择性外延生长InGaN/GaN多量子阱结构LED的新进展,LED结构峰值波长为465nm,半高宽为40nm,正向电阻比相同结构的蓝宝石衬底高4倍,而光输出强度比蓝宝石衬底的LED强5倍,尽管结果还不理想,但其在适合低成本和大规模制造方面已是一项重大突破。同年,日本名古屋理工学院采用常压MOCVD技术生长Si衬底LED,其发光峰值波长为430nm,半高宽为18nm。这些技术手段在一定程度上缓和了单晶GaN过于昂贵的矛盾。
可以说GaN材料在LED产业上已经获得了巨大成功,而且还有着广阔的发展空间。目前国外在这方面的研究已比较成熟,并已实现商品化,尤其是日本Nichia公司的Nakamura等在这方面的研究工作开展得较早,取得了突出的成就。我国对GaN基LED的研究起步较晚,经过近些年的努力,也取得了一定的成就,成功地研制出InGaN/GaN单量子阱绿光LED和InGaN/AlGaN双异质结绿光LED。相信在我国广大科技工作者的努力下,一定能够尽快实现突破。
3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料ZnO
ZnO是继GaN以后出现的又一种很有应用前景的第三代宽禁带半导体,它在某些方面具有比GaN更优越的性能,如:熔点、激子束缚能和激子增益更高、外延生长温度低、成本低、易刻蚀而使后继工艺加工更方便等。ZnO晶体结构共有3种:六角纤锌矿结构、四方岩盐矿结构和闪锌矿结构[18]。其中六角纤锌矿结构为稳定相结构,也是应用前景最为广阔、研究最为深入的一种结构,本节对ZnO材料的探讨也主要围绕纤锌矿结构ZnO进行。
本征ZnO是高阻材料,电阻率高达1012Ω·cm,室温禁带宽度为3.37eV[19],激子束缚能为60meV,在超晶格里其束缚能可以达到100meV,禁带宽度对应紫外光的波长,且可用Mg和Cd掺杂从3～4.5eV调节带隙,因此可以制作蓝光、绿光、紫光等多种发光器件[20]。ZnO资源丰富、热稳定性好的优势决定了ZnO在LED领域具有巨大潜力。不过由于体内很强的自补偿效应及单晶材料生长工艺的制约,具有优良电学和光学性能的p型ZnO薄膜的制备成为研制ZnO基光电器件的最大障碍。
1996年香港科学家[21]首次报道了氧化锌薄膜在室温下的近紫外光泵浦受激光发射。1997年Zu等[22]观察到ZnO薄膜室温光脉冲激发时产生近紫外光。其后人们对ZnO进行了大量研究,取得了一定的进展。因目前还未得到稳定性和重复性好的p型ZnO,因此高质量p-ZnO的制备工艺仍在探索中。
由于材料制备工艺的限制,直到2004年,日本科学家Tsukazaki等[23,24]才制备出同质结的ZnO LED。他们主要利用与ZnO晶格失配度极小的SCAM(镁铝酸钪)作为衬底,并在上面逐次生长100nm缓冲层、n型ZnO(400nm)、本征ZnO(10nm)和p型ZnO(150nm),由此制备出一个ZnO基同质p-i-n结发光二极管。该LED能发出中心波长为430nm的蓝光。
近年来我国对ZnO发光材料的研究也取得了一定的成果。2005年浙江大学硅材料国家重点实验室叶志镇研究小组,继2004年在国际上首次报道利用Al-N共掺技术和MOCVD混合气体掺杂技术制备获得p型ZnO薄膜之后,又成功研制出同质ZnO发光二极管原型器件[25],这是继日本东北大学之后国际上第二个实现室温电注入发光。与日本以MBE技术结合复杂的高低温调节工艺相比,MOCVD制备方法更具有工业化可行性前景,而ZnO的p-n结带边激子电致发光谱线明显优于日本研究得到的结果。
2008年2月,吉林长春光机所在国际上首次实现了ZnO p-n结室温电致发光,并观测到了强的自由激子发光。该所研究人员采用分子束方法,通过优化生长工艺制备出了高质量的ZnO单晶薄膜。在此基础上,采用不同的气源,通过原位调节反应粒子种类,在蓝宝石衬底上成功地制备出了N掺杂的p-ZnO薄膜,进而获得了ZnO同质p-n结,为今后ZnO蓝紫外发光和激光二极管的发展奠定了实验基础。
ZnO同质p-n结LED还有待进一步研究和开发,但是有的研究人员通过异质界面工程,将n-ZnO与另外的半导体材料组成p-n结制造LED。例如有人将ZnO与同是宽禁带直接带隙半导体材料的GaN进行合成,成功地研制出n-ZnO/p-GaN异质结高亮度LED[26]。还有报道通过p型AlGaN和n型ZnO形成异质结,增加了导带的能带阶跃,得到了ZnO的紫外光二极管[27]。
另外,由于ZnO纳米结构在制备方法上呈现出多样性和易控性 ,尤其是ZnO纳米线具有完善的单晶结构和六角柱形几何形貌。人们对ZnO发光特性的研究也扩展到纳米线结构形式上,而不仅限于其他材料常用的薄膜形式[28,29]。2003年有人观察到ZnO纳米线在室温下用波长为355nm的光激发时的紫外发光行为[30,31]。2005年美国波特兰大学研制出发射白光的ZnO纳米线发光二极管[32,33]。该大学研究人员在透明聚合物中埋置垂直定向的ZnO纳米线获得了白光LED 。研究人员在水溶液中采用低温电子淀积技术,在掺氟的SnO2涂层玻璃上制作LED。在5cm×5cm衬底上制作出直径为100～200nm 、长达2μm的结晶ZnO的六方晶系纳米线。然后通过旋转涂覆工艺,覆盖0.5～1.5m 厚的p型掺杂聚合物层,将该结构埋置在聚苯乙烯中,并将SnO2薄膜作为阴极和在p型掺杂聚合物上蒸发的100nm厚金层作为阳极。当电流密度为5mA/cm2 (相当于纳米线末端约100mA/cm2的电流密度)时,该LED获得从近紫外(UV)到近红外(IR)的宽带输出,其中心波长为620nm。
虽然ZnO材料已经展现出了很大的潜力,但是ZnO发光器件要想达到实用的程度,还需要在以下方面实现技术突破:①改进掺杂工艺,获得更高质量的p型ZnO晶片;②实现良好的低阻欧姆接触;③延长器件使用寿命。随着制备工艺的发展和完善,ZnO发光器件在性能和价格上都有可能展现出比GaN更强的竞争力[34],我们有理由相信ZnO发光器件的应用前景是广阔的。
4 单元素晶体金刚石
金刚石被认为是颇具潜力的第三代半导体材料,因为它具有5.47eV的超宽带隙,自由激子结合能为80meV[35,36],因此成为短波段LED重点开发的发光材料。金刚石是间接禁带半导体,所以发光效率比较低。金刚石蓝色LED由于发光效率和发光强度太低,在蓝色LED的制造当中并没有太大的竞争力。但是金刚石紫外LED的前景却很被看好。目前对金刚石紫外发光LED的研究已取得了一些可喜的进展。
2000年Kenji Horjuchi等[37]报道了利用人工合成的高质量金刚石单晶制备出一种电流注入式电致发光器件,发现其在2～3eV之间有一宽带的发光峰。2001年Koizumi等成功地研制出同质外延金刚石紫外发光二极管[38,39]。他们在天然金刚石(111)面上同质外延生长磷掺杂的p型和硼掺杂的n型金刚石层,形成金刚石p-n结二极管 。在20V的正向偏压下和室温时观察到了很强的峰值波长为235nm(5.27eV)的紫外光发射,比GaN紫外光发射能量3.47eV(357nm)要高。由于同质外延金刚石发光二极管所需要的金刚石衬底比较昂贵,不适宜大规模生产,所以人们尝试采用异质外延的方法[40],选用较低廉的材料作衬底(如硼掺杂的Si),但目前异质外延生长的金刚石膜质量不及同质外延,载流子迁移率也不够高,需进一步提高和发展。特别要指出的是,在各种金刚石膜的制备中,对获得高质量的自然界中不存在的n型金刚石半导体膜工艺要求较高。D.Araujo[41]和Milos Nesladek[42]分别于2004年和2005年各自报道了他们利用磷掺杂技术制备磷掺杂n型半导体金刚石薄膜的实验进展情况,尽管取得了一定的进展,但金刚石薄膜重复生产的性能依旧不稳定,这在一定程度上阻碍了金刚石材料在光电器件中的应用。于是人们开始尝试将p型金刚石和n型其它半导体集成到同一个器件里,避开金刚石n型掺杂困难的问题。
2003年德国科学家Nobel等[43]将p型金刚石和n型AlN两种宽带隙半导体进行集成,成功地获得了第一个异质结双极p-n结二极管。该二极管激发了峰值在442nm(2.8eV)的明亮蓝光和峰值在258nm(4.8eV)的紫外光。紫外光发射估计产生于AlN中Si施主和金刚石中硼受体之间的复合辐射(ΔE=4.9eV)。除AlN外,科学家们也尝试用其他宽带半导体材料与金刚石结合构成光电半导体器件,2003年我国吉林大学报道了ZnO/金刚石异质结透明二极管的研制首次获得成功。该二极管显示了好的整流特性,但其他特性有待进一步提高。
尽管这些金刚石与其他半导体材料复合形成的发光二极管并不完备,但这些新的尝试给我们展示了一条金刚石紫外发光器件研制的新途径,且它的成功制备为我们指出了一个新的发展方向。
5 结束语
以上介绍的几种第三代半导体材料,有的已经在LED上得到了广泛应用并实现了商业化,如SiC和GaN;有的是潜力很被看好,如ZnO和金刚石;还有一些如ZnSe、立方BN等也被尝试用在LED产业中。研究人员们不仅致力于改良目前正在被应用的材料,而且正在尝试其他未被广泛关注的材料。第三代半导体材料在LED产业中将有更大的发展和应用,以推动LED照明和显示的普及。