在“只發(fā)光、不發(fā)熱”的LED照明世界里，南昌大學(xué)教授江風(fēng)益與他的科研團隊孜孜以求十余年，終于開創(chuàng)出擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的、世界上第三條技術(shù)路線。得知這條路線被評為2015國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎，江風(fēng)益坦言“絲毫不敢松懈”。因為，在風(fēng)起云涌的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的世界浪潮里，“中國創(chuàng)造”并不代表其產(chǎn)業(yè)的“中國效益”，迎接他的，將是更多的跋涉與沖刺。
獨辟蹊徑的“中國之路”
作為發(fā)光二極管的英文縮寫，LED照明如今已廣為人知。由于其顯著的光電節(jié)能效應(yīng)，業(yè)內(nèi)人士斷言在不遠的將來，它必將取代幾乎所有的高中低端傳統(tǒng)照明領(lǐng)域。
在江風(fēng)益之前，國際上LED技術(shù)路線可分為碳化硅襯底和藍寶石襯底兩種，即在碳化硅或藍寶石的底板上根據(jù)發(fā)光顏色的不同分別“生長”不同的半導(dǎo)體無機材料(比如藍光“生長”氯化鎵)，最終生產(chǎn)出比傳統(tǒng)照明節(jié)電40%—80%的發(fā)光器件。因成本的原因，這兩條技術(shù)路線俗稱為“貴族路線”和“大眾路線”，其發(fā)明者曾經(jīng)分別獲得美日兩國政府最高科技獎，藍寶石襯底路線的三位主要發(fā)明人甚至摘取了2014年度諾貝爾物理學(xué)獎。
2003年，基于難以逾越的技術(shù)保護壁壘等因素，跟蹤了上述兩條技術(shù)路線7年的江風(fēng)益毅然決定放棄跟蹤。幾經(jīng)比較之后，他選擇了一條全新的技術(shù)路線，即用硅襯底“生長”高光效GaN(氮化鎵)材料從而制備藍光LED。消息傳開，國內(nèi)外業(yè)界幾乎立馬就給這條路線判了“死刑”。
用硅襯底，雖然成本低廉，但由于硅和GaN這兩種材料存在巨大的晶格失配和熱失配導(dǎo)致的外延膜龜裂、晶體質(zhì)量差以及襯底不透明導(dǎo)致出光效率低等問題，長期以來，學(xué)術(shù)界視之為LED的“童話故事”并望而卻步。簡言之，硅與GaN存在著巨大的性能差異，要二者相輔相成屬于世界性難題，幾無成功的可能!
時年39歲的江風(fēng)益卻認為，從不可能中找出可能、于個性中遴選出共性，從來就是科學(xué)探索的必經(jīng)之路。抱著“不撞南墻不知究竟”的信念，在南昌大學(xué)的鼎力支持下，他帶著鋪蓋一頭扎進實驗室中，用60萬元貸款購買的實驗設(shè)備和材料，開始了艱苦的科研之旅。
從科研立項到小試成功的一千多個日子里，在食不甘味、晝夜不察的“新常態(tài)”下，隨著硅與GaN兩個小伙伴從陌生到熟知與相融，LED照明家族中，徐徐打開了一扇屬于中國的華彩大門。
獨領(lǐng)風(fēng)騷的“中國之眼”
經(jīng)過三千多次實驗，通過對70多種材料和4000多個參數(shù)設(shè)計，江風(fēng)益科研團隊發(fā)明了在材料生長和芯片制造過程中克服巨大張應(yīng)力的方法、結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)，在國際上率先研制成功高內(nèi)量子效率硅襯底藍光LED外延材料和高取光效率、高可靠性單面出光藍光LED芯片，其出光方向性和均勻性優(yōu)于多面出光的其他技術(shù)路線，各項指標均處于國際領(lǐng)先地位。
在南昌大學(xué)國家硅基半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心，江風(fēng)益領(lǐng)著記者穿過一臺臺(套)高精尖的機器設(shè)備，來到正在封裝的儀器旁。一張張大小不一的芯片被激光點擊著，猶如星空中閃爍著的一只只俏皮的眼睛。江風(fēng)益自豪而興奮地介紹，三條技術(shù)路線均可制備薄膜型芯片，硅襯底技術(shù)路線不但成本最低，而且在大功率LED芯片制備上獨具優(yōu)勢，同時因為屬于原始創(chuàng)新，先后獲得了授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利147項(其中國際發(fā)明專利76項)，這就從根本上避開了與另外兩條技術(shù)路線發(fā)生專利糾紛。
江風(fēng)益認為，如果說當初對技術(shù)路線的選擇有著“撞大運”般的堅守與執(zhí)著，那么此后科研進程中的點滴成就，都飽含著國人關(guān)注的殷切目光，尤其在科研進程的每一個關(guān)鍵節(jié)點，都離不開國家有關(guān)部門和當?shù)卣胺Q“樣版”的扶持與鼓勵，離不開風(fēng)投機構(gòu)的慧眼識珠。
10多年來，江風(fēng)益團隊始終處于“百尺桿頭”的激勵之中，他動情地說，從過去點“洋油燈”到如今的“中國牌半導(dǎo)體燈”，既是對“中國夢”的真切詮釋，也是對“堅定信念、艱苦奮斗，實事求是、敢闖新路，依靠群眾、勇于勝利”的井岡山精神的生動踐行。
獨創(chuàng)未來的“中國之光”
由于LED照明具有重大節(jié)能減排價值，是國內(nèi)外重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，因此，江風(fēng)益團隊從科研伊始，便實行技術(shù)與工藝互為促進的“兩條腿走路”模式，即在研究取得階段性成果后，適時創(chuàng)建新企業(yè)，在產(chǎn)業(yè)化過程中使科研成果走向成熟。
最早與江風(fēng)益團隊科研成果對接的企業(yè)，是創(chuàng)建于2006年初的晶能光電(江西)有限公司。這家位于南昌高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)的高科技企業(yè)，2011年即與蘋果、谷歌等公司一道，被美國麻省理工學(xué)院《科技創(chuàng)業(yè)》雜志評選為全球最具創(chuàng)新力企業(yè)50強之一。
經(jīng)過近10年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，江風(fēng)益團隊從襯底加工、外延生長、芯片制造到器件封裝均發(fā)明了適合高光效藍光LED生產(chǎn)的關(guān)鍵核心技術(shù)，且自成體系。通過對工藝、技術(shù)的不斷升級換代，從LED的小功率芯片到大功率芯片先后實現(xiàn)了量產(chǎn)，并初步形成了獨具特色的上中下游產(chǎn)業(yè)鏈，推出了30多種產(chǎn)品，成功應(yīng)用于路燈、手電、礦燈、射燈、彩屏、家電數(shù)碼、汽車大燈等通用照明和特種照明領(lǐng)域。按照國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的計算方法推算，2014年銷售的硅襯底GaN基藍光LED產(chǎn)品年節(jié)電量達5.8億度，減排52萬噸。
“晶能模式”在市場上形成強勁競爭力的同時，引導(dǎo)了眾多國際LED知名企業(yè)從事同類研發(fā)，有力地提升了我國LED技術(shù)及工藝在國際上的地位，同時也使江風(fēng)益團隊的壓力陡增。江風(fēng)益透露，硅襯底紅光、黃光等其它光色LED研發(fā)技術(shù)正在緊鑼密鼓地研發(fā)之中，目前已日趨成熟。隨著“哪里有光、哪里就有LED身影”的國家半導(dǎo)體照明工程的深入推進，他充滿信心地表示，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LED“中國創(chuàng)造”，將在“起大早趕大集”的LED產(chǎn)業(yè)浪潮中映照出奪目的“中國之光”!
