半导体的部分资料.doc

概念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。 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，并广泛应用；在医疗、农业等特殊领域的技术方兴未艾。 近几年，半导体照明产业发展迅速，国外及我国台湾地区在不同领域具有较强优势。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。定义 LED（LightingEmittingDiode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。发展历程LED产业的发展是和半导体技术以及照明光源技术发展紧密相关的。根据LED技术不同发展阶段，从其应用发展来看，LED产业的发展历程依次可分为大致以下几个阶段： 指示应用阶段；信号、显示应用阶段；照明应用阶段。 1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。1971年，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED在1991年至2001年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提高了将近30倍。 1994年，中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二级管，由此人们看到了白光LED的曙光以及GaN基LED广阔的市场前景和巨大商机，也由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。从20世纪90年代中期开始，许多广告、体育和娱乐场所开始应用LED大屏幕显示。在紫外和蓝光技术上的突破使得另外一种生成白光的技术成为可能，即在单枚LED上通过蓝光激发荧光粉，生成白光，20世纪90年代后期制成了第一只这样的LED。LED作为指示应用已经成熟，作为信号、显示等方面的应用还需要进一步发展，而作为照明应用，还属于起步阶段。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到30 lm/W，实验室研究成果甚至可以达到60 lm/W，大大超过白炽灯，而向荧光灯迫近。白光LED的应用曙光已经显现。中国的发展现状我国 LED 起步于七十年代,八十年代形成产业,九十年代已具相当规模。在90年代后期,我国超高亮度LED产业迅猛发展,经历了进口器件销售进口管芯 封装 (1998年前100%进口)进口外延片制成管芯并封装自主生产四个阶段。根据中国光学光电子协会光电器件分会的统计,现在全国共有LED行业的企业1000多家,从业人员超过5万人,其中技术人员超过5000人。近几年LED的发展速度超过30%, 2002年LED产量超过150亿只,产值超过80亿元；2003年LED产值超过100亿元,产量约200亿只,其中超高亮度LED有几十亿只,其中超高亮度LED的发展速度超过50%。近两年国内成立的相关企业已经引进二十多台套MOCVD设备以及配套设备,总计投资数亿元人民币,形成了与国外产品竞争国内市场的态势,我国的研究基础和企业资本已经达到了形成LED产业的阈值水平,具备了进军 半导体 照明 产业的基矗1)基础研究开发方面： 863计划从”八五”开始就认识到高亮度LED的迅速发展将对我国产生重大影响,在战略安排中将宽禁带半导体发光和激光器件的研制以及相应的基础 材料 、在线测量技术和设备、衬底材料、外延设备的研究组成一个重大研究群体。在至今已安排的项目中包括M0源的研制和生产；超纯氨的研究和生产；蓝宝石单晶和衬底的规模生产；蓝光LED；白光LED；GaN激光器探索；白光LED应用；MOCVD设备；蓝光LED外延片在线检测仪；GaN单晶和自支撑衬底材料等二十几个课题,投入4000万研究经费。很多单位对-族半导体化合物材料做了不少基础研究工作,如南京大学、华南师范大学、复旦大学、浙江大学、厦门大学、西安交大、中国电子科技集团公司第55所等单位,对AlGaInP和GaN基的LED发展起到很大的推动作用。我国在金属有机源方面,“863”多年的支持,已经取得成效,建立了诸如江苏南大高科这样专门生产金属有机源的厂家,并已经开始生产和销售。大连的高纯氨也开始向科研和生产厂家供货。 (2)国内半导体设备方面： 目前国内从事半导体设备研制生产的主要力量有：信息产业部有几个专门从事设备研发的单位,如：48所、45所等,但受体制的约束缺乏竞争能力,目前处于仿制国外产品,处在研究阶段。国内有些研究所(如中科院半导体研究所、中科院微电子所、清华微电子所等)针对国内市场开发了MOCVD生长系统、ICP刻蚀机、磁控溅射设备、快速退火炉、接触式光刻机等,这些设备的研究开发人员有较好的器件工艺背景,研制的设备比较实用。民间资本已投身于半导体仪器设备研究和市场开发。研制生产出LED后封装用研磨抛光机、晶片扩张机、压焊机、灌胶机、离膜机、LED光色电综合测试系统、LED光强分布测试仪、LED电参数测量分析仪等。但总的来说,中国半导体设备制造业的规模较小,设备的自动化程度低,升级换代的周期长,与国外先进水平相比差距还很大,设备研制开发能力大大落后于半导体器件的加工能力。MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的关键设备,我国在这一领域还受制于国外。 (3)外延片和 芯片 方面 国内外延片和芯片生产厂家均是沿用1990年代中期国外的常规结构,其发光效率受常规芯片结构取光效率的限制,主要取决于外量子效率的提高,在高外量子效率芯片的生产技术方面,国内有较大的差距。我国超高亮度LED上游、中游(外延片和芯片)产业的起步阶段,制造的技术几乎都来源于科研院所和学校多年积累的科研成果；最近几年有些公司才开始引进海外归来学子或通过收购外国公司作为技术来源。四元系AlGaInP超高亮度LED方面,早期投入研究开发的有13所、山东大学、中科院半导体所等单位,主要在材料外延方面取得突破,同时研发LED芯片,并与企业合作开展产业化工作。接着,山东华光光电子公司、13所、厦门三安公司在材料外延和芯片制造的产业化方面都取得进展,能批量提供红、橙、黄色超高亮度LED外延片和芯片。在芯片制造方面,还有 上海 大晨公司、深圳普光公司等多家企业均能够批量提供超高亮度AlGaInP红、橙、黄色LED芯片。就目前国内能提供的四元系AlGaInP红、橙、黄色LED芯片来看,总产量太少,还远不能满足市场的需求。此外,国内企业还无法提供发射功率较大的高档次芯片,而芯片参数的一致性、抗光衰、可靠性指标等有待进一步提高。国内在GaN材料研究方面,主要的研究机构有中科院半导体所(参股福日科光、技术转让给深圳方大)、北京大学(参股北大蓝光)、清华大学(参股山东英克莱)、信息产业部13所(参股立德公司)、中科院物理所(参股上海兰宝光电)、南昌大学、长春光机所等,研究水平基本上在几毫瓦量级,半导体白光照明技术的研究刚刚起步,国内在许多技术上还处于跟踪、仿制阶段。国内GaN基LED芯片主要指标见下表4-1。 表4-1国内GaN基LED芯片主要指标 芯片种类 波长(nm) LED 功率(mW) 蓝光 460-480 35 15 绿光 505 12 1 紫外 表4-2 国内己实现销售芯片或具备生产条件的制造公司 (未经确认仅供参考) AlInGaN 基 芯片公司 说明 南昌欣磊 低亮度二元红黄光芯片 上海蓝光 上海大晨 低亮度二元红黄光芯片,少量三元和四元一般亮度之标准红黄光芯片。 江西联创 具备生产条件。 广东普光 具备生产四元一般亮度标准红黄光芯片条件。 厦门三安 己实现批量生产并销售,产品为标准芯片,并己开展功率型芯片的研发。总体技术水平、装备条件和产品品质己接近台湾同类公司水平。 我国超高亮度LED封装产业的发展主要是继承多年来国内传统LED封装技术基础,国内LED封装的产业化能力较强,封装的品种也较全,可封装各种外形尺寸和不同颜色的LED显示器件,但封装企业规模偏小,几个有一定实力的企业,年封装能力也只有24亿只。而只有年封装能力达到每年10亿只以上,才能参与国际市场竞争；高亮度LED方面,国内大部分企业均可封装,但封装出的LED的质量和一致性较差,白光LED的封装技术有待提高。国内在功率型LED封装方面,虽然“食人鱼”形式封装已能批量生产,但瓦级功率型LED封装还处于开发阶段,目前超高亮度LED芯片主要依靠进口,高档次、性能较好的芯片很难购进。大功率LED封装刚处于开发阶段,主要是苦于没有低价而又达到一定性能的大功率LED芯片,因此很难在封装上有所突破。 (5)LED封装的配套材料方面 国内为普通LED封装的各种配套能力也很强,这里指的主要是原材料和配套件,如金丝、环氧树脂、银浆、支架等。但这些配套企业的技术研发能力较弱,产品只能适用于低档次的LED,超高亮度和大功率LED的配套件大部分依赖国外供应商。白光LED目前主要材料还有荧光粉,有用蓝光激发的黄、绿色荧光粉、红色及绿色荧光粉,还有用紫外光激发的三基色荧光粉,虽然有几个企业也在提供,但其技术指标离国外先进水平还有较大差距,其性能和寿命有待提高。国外发展现状目前国际上从事照明LED 标准化研究的标准组织有国际电工委员会、国际照明委员会和各国对应的标准化组织及相关企业。国际电工委员会( IEC) 和国际照明委员会(CIE) 都非常关注LED 的发展及相关LED 器件的标准化工作。CIE 曾经发表过LED 检测方法的技术报告,由于近年来LED 产品的技术发展迅速,CIE 目前正在对测试方法标准进行修订。IEC近两年也加大了对LED 标准的研究,相继对LED 模块、LED 连接件及LED 控制件提出了标准草案。由于目前还没有统一的照明LED 产品性能方面的国际标准,且各国LED 的研究发展速度不同,因此发达国家都在积极准备建立自己的LED 标准体系。美国正在根据照明LED 的特性开展照明LED 的技术标准和测试方法的研究。日本则将研究重点放在照明用白光LED 的测试方法和技术标准上。从事LED研究的国内外企业如Lumileds、Philips、Osram 等在积极参与国家和国际标准化工作的同时,也制定了自己的企业标准,规范了照明LED 的光电参数,如电压、电流、光通量、色坐标、色温、显色性、寿命等指标。发展现状摘要：半导体照明发展现状 当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色半导体照明发展现状当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但在室内通用照明市场方面仍显落后。2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。半导体照明发展趋势LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。 多年来，LED照明以其节能、环保的优势，已受到国家和各级政府的重视，各地纷纷出台相关政策和举措加快LED灯具的发展；大众消费者也对这种环保新型的照明产品渴求已久。但是，由于投入在技术和推广上的成本居高不下，使得令万千消费者翘首以待的LED照明产品一直可望而不可及，迟迟未能揭开其神秘的贵族面纱！随着国内部分厂家技术和生产成本的降低，LED照明叫好而不叫座的局面行将改变。价廉物美的LED照明产品，将给中国照明行业带来革命性的冲击，为广大消费者带来光明的福音！优点：高节能：节能能源无污染即为环