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从星星之火,到燎原之势:中国LED的发展之路

2019-09-10 文章来源:中国半导体照明网 阅读原文

联盟十五周年纪念稿之见证与陪伴
  从星星之火,到燎原之势
  ----中国LED的发展之路
 
  中国专稿:(记者 王美 陈关升)半导体是本世纪初兴起的一个新兴产业,技术发展日新月异,是国际高科技领域竞争的焦点之一。2003年,国内半导体产业产值仅90亿元,应用方面LED户外是市场主力,受于成本,产品价格高高在上,市场应用规模有限。彼时国内半导体产业状态,可谓放眼望去皆是“绿地”,百事待兴。也正是在这种背景下,半导体产业的“创业者”们,勇敢的踏上了新征程,筚路蓝缕,一步一个脚印,也才有了后来产业的新故事。
  值此,国家半导体工程研发及产业联盟(CSA)成立十五周年之际,记者采访了联盟相关负责人,听他们讲述了从我国半导体产业最初的星星之火,到现在的产业燎原之势的艰辛历程。
 
  由小到大,联盟助力产业规模世界第一
 
  半导体(LED)作为战略性新兴产业,是我国发展低碳经济、调整产业结构及绿色发展的重要途径之一。回顾过去的十五年,联盟积极支撑国家战略和政策实施,为我国半导体产业技术攻关、人才培养、产业化等方面积极奔走。
 
  本世纪初起步的我国半导体产业,基本处于小、弱、散、乱的状态,业内无龙头骨干企业、企业规模小,创新能力薄弱,企业各自为战,产业关系松散,趋同竞争显,市场秩序混乱。另一方面,产业技术创新缺乏专业技术研究机构支撑,高端技术人才缺乏,研发和产业资本投入不足,与发达国家相比,我国无论是在技术积累、人才积累,还是在资本积累方面均处于劣势,难以应对日趋激烈的国际竞争态势。
 国家半导体工程研发及产业联盟发起单位与秘书处合影
  国家半导体工程研发及产业联盟吴玲秘书长告诉记者:“正式立足产业发展实际,萌生了业内联合创新的理念,提出“抱团发展”与“产学研”形式的结合组织模式创新,在46家发起单位参与下联盟正式成立。后来组建“半导体联合创新国家重点实验室”,都是产、学、研各方坚持联合创新理念,不断探索提高联合创新效率有效形式的实践。有利的促进产业集聚技术创新要素、确立企业技术创新主体地位的新体新机,促进联合创新理念落实在推进产业发展的行动中,实现产业又好又快发展。”
 
  CSA Research数据显示,到2018年,国内半导体总产值规模已经超过7000亿元。其中,LED上市公司150余家,其中主板35家,新三板126家;上游外延芯片规模约240亿元,中游封装规模1054亿元,下游应用规模6080亿元。
 
  吴玲秘书长表示:“中国半导体市场需求空间非常大,目前也是全球最大的半导体生产、消费和出口国。企业竞争能力大幅提升,并且,涌现出木林森、雷士等营收破百亿元的企业。像三安、木林森、飞乐等企业也通过跨国并购,积极进入国际竞争市场。”
 
  中国最大的挑战是能源危机日益严重,能源资源很难支撑经济健康的发展,但是另一方面,中国人均能源消耗量基本等同于世界平均水平,远远低于发达国家。据了解,半导体的能源消耗只有普通白炽灯的1/10,但其寿命可达10万小时以上。
 
  中国工程院陈良惠院士也曾表示:“经过15年的努力奋斗,我国在半导体上取得了显著的节电效益。LED产品2018年渗透率达到49%,实现节电2790亿度,相当于3个三峡的节电量,产业规模位居世界第一,跻身半导体技术强国。LED产品2018年渗透率达到49%,实现节电2790亿度,相当于3个三峡的节电量,实现碳排量减少2.2亿吨。”
 国家半导体工程研发及产业联盟第五次全体会议合影吴玲秘书长主席SSLCHINA2018国际论坛并作主题报告
  面对我国半导体产业的快速崛起,吴玲秘书长感慨万千。她表示:“从当年几乎全靠进口,到现在形成了上中下游完整的产业,我们确实取得了可喜的突破。半导体产业的飞速发展,离不开国家层面从973、863计划等多个方面的研发系统部署和协同创新;以及越来越多的部门多举措共同推进;当然更离不开的是每一位技术人员的艰辛努力,一批批企业和团队的茁壮成长和大批的海归学者的创业付出。正是所有人员的努力推动,才塑造了半导体产业波澜壮阔的今天。”
国家半导体工程研发及产业联盟指导委员会成立大会留影
  从无到有,联盟推动产业技术世界领先
 
  2003-2013年,中国经济经历了不平凡的十年,半导体技术从萌芽初现终成燎原之势,恰逢其时。在引导产业快速高效发展的过程中,国家科技部作为决策者的角色异常重要而清晰。半导体产业的成长轨迹有着鲜的中国特色,体现政府意志的态度和扶持力度,深刻影响甚至决定了行业的走向和格局。
 
  2003年,在时任半导体所所长李晋闽的建议下,科技部经过深入调研和组织,正式启动“国家半导体工程”。2004年,数十家企业和科研单位联合开展半导体关键技术攻关,国家半导体工程研发及产业联盟正式成立。
 
  国家半导体工程研发及产业联盟研发执行主席、中科院半导体研发中心主任李晋闽回忆说:“2003年,‘十五’国家科技攻关计划紧急启动‘国家半导体工程’,此后两年多时间里,研究人员从材料到芯片,再到封装,最后到应用,取得了集群技术上的重大突破。工程启动之初,我国小管芯LED发光效率大约只有20至30lm/W,到2005年底项目验收时,该产品的水平已经达到60lm/W左右;而大管芯,也就是功率型LED,2003年时国内几乎没有,国际上也很少,但到2005年年底,我们已经做到50lm/W。当时,我国的功率型LED已经完全达到了国际产品水平。”。
 2012年,科技部副部长曹健林视察半导体联合创新国家重点实验室 
  CSA Research数据显示,2018年上游芯片光效持续提升,产业化高功率白光LED光效超过180lm/W、LED室内灯具光效超过100lm/W、室外灯具光效超过130lm/W。自主知识产权的功率型硅基LED芯片光效达到170lm/W。硅基黄光(565nm @20 A/cm2)电光转换功率效率达到24.3%,光效达到149 lm/W。硅基绿光(520nm @20 A/cm2)电光转换功率效率达到41.6%,光效达到212 lm/W。白光OLED技术不断突破。在1000cd/m2条件下,小面积(10mm×10mm)白光OLED光效达到150lm/W,大面积(>80 mm×80 mm)白光OLED光效达到100lm/W。
 
  并且,使用大型国产化工业MOCVD在蓝宝石衬底上成功备出中心波长为282 nm的可商用深紫外LED,在注入电流为20 m A时,单颗深紫外LED芯片的光输出功率达到了1.65 m W,对应的外量子效率为1.87%,饱和光输出功率达到4.31 mW。
 
  更值得关注的是,LED芯片生产过程中最为关键的MOCVD设备市场基本被国外企业Veeco和AIXTRON两家企业垄断。MOCVD设备是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术,MOCVD设备可用于LED、功率器件等多个领域,是LED芯片生产过程中最为关键的设备,其工艺、技术极为杂,也是LED芯片造环节中最为昂贵的设备,占据LED外延芯片几乎一半的成本。
 
  其中由中科院半导体研发中心研发的LED产业核心--MOCVD装备核心技术开发方面进展顺利,研出48片生产型MOCVD设备,研发出HVPE生长系统,并在推广型立式HVPE系统上开发出HVPE GaN自支撑衬底的生长技术,为国产装备实现产业化开创了良好局面。现如今,我国也涌现出中微半导体、中晟光电等一批优秀的国产化装备企业,大大降低了MOCVD装备价格,从而使LED产业告别了只能从美国进口核心装备MOCVD的历史。
 
  李晋闽主席告诉记者:“时光荏苒,我国半导体产业从无到有,逐步发展壮大。目前约产业转型升级的关键技术陆续取得突破,产业核心技术研发与创新能力快速提高,一条从上游外延芯片到中游器件封装,再到下游集成应用的较为完整的技术创新和具备较强国际市场竞争力的产业已经形成。在基础研究方面,我国研发水平和方向与国际基本保持同步,甚至某些方面超前。LED关键技术也陆续实现了从跟跑、并跑,到部分领域领跑。”
 “十一五”863计划“半导体工程”重大项目验收领导及专家合影
  国家示范支持,联盟协同创新推动
 
  国家半导体工程的启动,正式揭开了我国半导体快速发展新时代。LED技术的应用需要人们有一个认知过程。按国家推动战略性新兴产业的发展战略,国家和地方相继开展了试点、示范工程,通过试点、示范向社会展示LED技术的优越性以及节能效果。其中,2009年,为应对全球金融危机对我国的影响,促进经济平稳较快发展,有效引导我国半导体应用的健康快速发展,科技部经深入研究,启动了十城万盏半导体应用工程试点示范工作(简称“十城万盏”),分两批批了37个试点城市。
2009年10月14日,国家科技部高新司材料处徐禄平处长、高新技术司刘久贵副司长、吴玲秘书长、中科院半导体所李晋闽所长主持“十城万盏”半导体试点工作标准与测试工作会议。
  吴玲秘书长认为:“科技部‘十城万盏’半导体应用工程试点对于LED产业的带动作用十分显,有不可磨灭的作用。国家层面出台政策的宗旨是通过技术创新、应用创新和技术集成,来提升半导体功能的产品可靠性、质量和技术水平。”
 
  这一时期也产生了众多颇具代表意义的示范应用,比如2008年北京奥运会、2009年山东全运会、2010年上海世博会、2011年深圳大运会和2012年广州亚运会等,都成为全世界最大的半导体(也包括半导体显示)演示场。吴玲秘书长表示,以北京奥运会示范工程为代表的规模化系统集成技术的实施,促进了半导体产品集成创新与示范应用,显示了节能、环保的效果,提高了国际社会的认知度。
 联盟组织参与鸟巢、水立方、世博会等重大示范项目吴玲秘书长(右二)与邴树奎理事长(左一)、阮军常务副秘书长(右一)参与人民大会堂节能改造论证会
  在众多示范工程推进中,都能看到联盟努力的身影。在组织实施重大应用示范项目方面,做了大量工作,发挥了巨大的凝聚力和组织力。比如通过组织实施奥运“水立方”、“十城万盏”、人民大会堂节能改造等重大示范工程,发挥了重要的技术创新引领作用,积极推进联盟成员技术成果的集成和示范应用,有效推动了产学研,上下游之间的合作。极大的提高了公众对半导体新技术的认知,培育市场,带动产业发展。
 
  政策扶持,联盟积极探索支撑
 
  半导体是战略性新兴产业,得到了国家层面的高度重视,国家也进行了一系列战略部署。发布相关指导意见、产业发展规划等支持、培育和发展产业。比如2006年8月,科技部在“十五”国家半导体工程实施的基础上,根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的部署和“十一五”科技发展规划;在“十一五”国家863计划新材料领域中设立“半导体工程”重大项目;2009年科技部启动“十城万盏”,六部委联合发布《半导体节能产业意见》;2013年,发改委等六部委联合发布《半导体节能产业规划》;“十二五”时期,科技部定了《半导体科技发展“十二五”专项规划》,启动半导体重点专项等。
 六部委联合发布《半导体节能产业发展意见》
  2012年,发改委环资司副司长谢极出席SSLCHIAN2012论坛并讲话
  国家发改委应对气候变化司原巡视员谢极在受记者采访时表示:“2009年,国家发改委、科技部、工业和信息化部、财政部、住房和城乡建设部、国家质检总局联合公布《半导体节能产业发展意见》(简称《意见》)。在当时对指导半导体产业的发展起到了非常关键的作用,主要体现两个方面:一是通过《意见》向外界和社会体现出国家六部门支持LED产业的发展是达成共识的。第二方面《意见》确了国家六个部门在今后支持LED产业发展方面将会形成合力。在达成共识基础之上,如何促使六部门形成合力来推动LED产业发展。”
 
  这其中,支撑政府科学决策是联盟工作的重要组成部分。联盟积极参与科技部、发改委、财政部等部门颁布的技术和产业发展规划、产业发展意见、财政补贴方案的编;研究产业发展政策;协助有关部委组织管理国家半导体产业重大项目等工作。联盟还积极组织产业发展的现状、问题和需求的调研,为政府科学决策提供有力支撑,发挥了政府和产业之间沟通渠道和信息纽带的重要作用。
 
  此外,联盟作为业内产、学、研单位联合创新发展实践与探索的代表,也是市场经济下产学研结合的新型技术创新组织,是国家技术创新体系的重要组成部分。联盟的成立有利促进产学研,上下游的合作,同时联盟也积极奔走组织企业、大学和科研机构等围绕产业技术创新的关键问题、开展技术合作,突破产业发展的核心技术,形成重要的产业技术标准;实施技术转移,加速科技成果的安商业化运用,提升产业整体竞争力。积极开展产业人才培养工作,比如编写职业资格规范和相关技术教材,开展专业技术培训,在大学、研究机构和技术优势企业建立人才培训基地,为行业培养专业技术人员。
 吴玲秘书长担任海峡两岸LED合作项目工作组组长主持项目工作会议
  吴玲秘书长向记者多次强调:“半导体是全球的机会,面临的是全球的挑战,需要全球性的合作。我国半导体发展需要有全局观,更需要全球视角。”联盟一直非常重视产业信息的交流与合作。联盟通过举办国际知名半导体展览会和论坛,建设中国等方式,建立重要的产业信息交流与合作平台,并一直伴随产业发展至今。其中,中国国际半导体论坛是SSL国际系列论坛在中国地区的年度盛会,SSLCHINA是半导体领域最具规模、参与度最高、口碑最好的全球性专业论坛。
 
  国际合作也成为联盟发力的领域之一。2010年,在科技部大力推动下,由联盟为主要发起者组建国际半导体联盟(ISA),联盟为首届主席单位。ISA是首个总部设在中国的战略性新兴产业领域的国际组织,通过订全球半导体战略研究规划、订国际技术标准与检测方法,为我国在该产业掌握话语权和规则定权奠定了良好的基础,也建立了国际影响力。
 吴玲秘书长担任国际半导体联盟(ISA)理事长曹部长出席与中国-肯尼亚共同成立“中肯半导体技术中心”揭牌仪式
  此外,联盟还积极开展国际合作,如与肯尼亚共同成立“中肯半导体技术中心”;与荷兰开展“中荷半导体产学研创新合作论坛”,并与代尔夫特大学共建半导体国际开放创新中心和联合培养博士及博士后;与德国开展检测与计量、光对生物和健康的影响、半导体示范工程联合评价、标准合作与对话等。
 
  顺势而为,联盟积极创新继往开来
 
  经过十多年的发展,我国打通了半导体新兴产业的技术创新,形成了较为完整的产业,实践了协同创新的理念,建立了合作创新的模式,开创了全国技术创新与产业发展一盘棋的良好局面,提升了产业国际影响力和竞争力。中国半导体产业取得成绩令人瞩目。离不开联盟的创新组织和积极探索,不断引领产业与时俱进向前。
 2015年5月29日,吴玲秘书长在北京第三代半导体材料及应用联合创新基地共建工作会上讲话
 
  吴玲秘书长告诉记者:“在过去的十五年中,探索创新的精神实质上已经融入了联盟发展的基因和血液中。半导体产业作为战略性新兴产业,需要多学科、跨领域的集成创新,需要构建新的产业和相应的技术创新,更需要体机和组织模式的创新来保障联合创新的实现。”
 
  在成长壮大的路上,联盟既在落实联合创新理念,同时也在不断探索新的体机,突破原有的组织模式。联盟建立以企业为主体、市场为导向、产学研结合的技术创新体与机;集成和共享技术创新资源,推动公共研发平台的建设;通过技术辐射,促进产业的健康快速发展,培育有国际竞争力的中国半导体产业作为自己的战略方向。
 
  同时,联盟把积极探索新兴产业科技服务模式作为重要任务,包括促进产学研用深度合作,围绕产业构建创新,对资本;打通跨部门、跨领域、跨区域协同创新渠道,形成发展合力;形成技术服务、产业服务及产业基金联动的最佳实践。
 科技部原副部长曹健林在SSLCHINA论坛上为未来产业发展指方向。
  展望未来,联盟将努力推进我国半导体产业向第三代半导体器件设计和造工艺世界先进水平迈进。建立全产业协同创新体系,为政府决策提供支撑。就如科技部原副部长曹健林所讲:“半导体是第三代半导体产业首个突破口,在中国已经创造奇迹,与未来的成功相比,过去还只是一个开始。未来通过全条设计、一体化实施、全要素配置、基地化发展,推动组织模式创新,打通全产业条。依托联盟构建利益共同体和研发、产业、资本协同创新发展模式;全球视野,战略高度,全面深度整合国际资源,共同拥抱第三代半导体新时代。”(未完待续)
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