南昌大学教授江风益所率团队踏平坎坷成大道,研发的“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”项目获得2015国家技术发明奖一等奖。此次硅衬底LED技术获奖,不仅改变了全球LED产业格局,使得我国LED产业迎来新的发展机遇,更向全球宣示了中国自主创新的强大力量。
“我报奖的时候,在PPT末尾写了一句话:为人类发展新光源作出了开创性贡献。这个硅基LED不光是南昌的事情、江西的事情或者中国的事情,而是在全球范围发明了一种新的光源。除了日本发明的蓝宝石光源,美国发明的碳化硅光源,我们是另外一种光源。”江风益告诉记者,国家863专家组也对其所率团队研发的硅基LED项目作出很高评价:“改变了目前日本日亚公司垄断蓝宝石衬底和美国CREE公司垄断碳化硅衬底LED照明芯片技术的局面,形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案三足鼎立的局面。”
发光梦:照亮研发前行路
南昌大学青山湖校区西侧一栋不起眼的5层老建筑,是具备世界一流实验设备的国家硅基LED工程技术研究中心的所在地。对团队做硅衬底LED技术,江风益回忆,最早可追溯到29年前的发光梦。
29年前,江风益还在中国科学院长春物理研究所做研究生时就有一个发光梦。由于学习发光专业,江风益将自己今后的工作定位为从事发光学的技术研究和产业开发。 “当时在实验室,发光效率有1%就了不得,没有想到现在做发光二极管的效率可以达到60%以上,技术的进步往往始料不及。”进入南昌大学工作后,在江风益的提议下,1993年南昌大学筹建材料科学研究所,同时筹建具有国际水准的材料研究实验室。筹建资金需要1000万元,但靠皇家线上官网(中国)有限公司只贷款到60万元。为节约资金,江风益团队自己动手研究、设计、组装相关设备,很快使实验室原先“一穷二白”的局面大为改观。1996年,该研究得到省政府240万元的支持,江风益与合作伙伴成功申请到国家863计划中的蓝色发光材料与器件项目。
然而,项目难度超过预期:在300次实验之后,研究工作尚未入门,经费已花掉90%。项目第一负责人、合作伙伴先后离开课题组,研究人员只剩3人。危难关头,江风益选择拼了!他果断辞去副院长的行政职务,放弃节假日和休息日,常常早晨7点就扎进实验室,一礼拜不出门。饿了,叫盒饭;累了,在小床上打个盹。由于长期过度劳累,江风益患上了严重的腰椎间盘突出椎管狭窄症,步行不到50米就要蹲下休息。医生警告说,若不及时手术,很可能造成终身瘫痪。但项目研究正处在节骨眼上,江风益担心万一手术失败,自己瘫痪事小,耽搁了课题研究事大,于是强忍病痛,一心扑在工作中。
江风益研究的蓝光LED技术一直是跟踪日本和美国的技术,经过1200多次实验,基本上达到国际上两条成熟路线的中等水平。据跟随江风益多年的学生王立介绍,这一研究为今后硅衬底LED自主创新奠定了良好基础。
创造梦:遭遇产业化的艰辛
2003年底,追踪蓝宝石衬底技术已有7年的江风益团队,把目光对准了硅衬底LED技术,即在硅上做发光二极管。这一年,江风益也成功完成腰椎手术恢复活力。他决心甩掉跟踪的影子,寻找发光材料新的技术路线或途径。
“蓝宝石和碳化硅当时已形成了LED全行业的布局,专利权在日、美两国手里。”江风益说,“这意味着,如果我国的LED产业仍沿着这两条技术路线发展,势必会因技术壁垒而在市场竞争中处于劣势,只能拼价格、拼规模、拼投资,在中低端照明市场挣扎。”
由于硅衬底LED技术比蓝宝石、碳化硅技术在性能、成本、产业化方面更有优势,当时学术界、产业界都梦寐以求研发成功。然而困难重重,就连美国IBM公司研发30年都没有成功。在这种情况下,江风益研发团队把这个技术捡过来继续做。得益于以前跟踪的基础,江风益研发团队很快就突破了关键技术。但是新的难题接踵而来:从研究到实验室比较顺利,但是建工厂到产业化实际上遇到了很多困难,从实验室到大批量生产,要怎么样控制成本,控制合格率、质量控制,以及做出来以后产品市场能不能认,经过了很长时间的磨合。
“我们既尝到了研制成功的喜悦,也尝到了产业化的艰辛。”江风益将这些经历告诉他校园里的学生,在大学研究室里做研究做100次成功1次,就可以说成功;做100个样品做成1个也可以说成功。但是做产业则不同,它对成本的控制、合格率、质量、性价比等等方面的要求非常高。在省委省政府、市委市政府的大力支持以及晶能光电投资方的帮助下,硅衬底LED技术成功从实验室走向产业化。晶能光电因此成为世界上唯一一家推出硅衬底LED芯片的生产企业,走出了一条区别于美、日等发达国家发展LED的技术路线。
中国梦:让“中国芯’照亮世界
硅衬底LED技术研发成功及其产业化,是我国LED照明产业从中国制造发展到中国创造的缩影。
“这个项目创造了LED照明第三条技术路线,已获得授权专利147项,其中国际专利47项,实现了外延芯片核心部件每一层都有专利保护,自成体系,打破了日美等国在这个领域的技术垄断,也避开了与他们发展起来的蓝宝石和碳化硅衬底LED技术路线发生知识产权纠纷。”硅衬底LED项目研发人之一、晶能光电(江西)公司研发副总裁孙钱博士说,“从国家战略层面讲,硅衬底技术是我国拥有自主知识产权的技术路线,可以构建中国完全自主的LED产业。”
“中国半导体照明将在世界杀出一匹黑马。这匹黑马就是南昌大学的江风益教授。”中国工程院陈良惠院士不吝褒奖。然而面对获奖后来自四面八方的“点赞”,江风益却说:“能走到今天是靠方方面面的支持,不光是我个人,是我整个团队的付出,包括企业的团队,是大家齐心协力的结果。”
基于硅衬底LED技术的成功研发与产业化,日前,江西省出台《关于打造南昌光谷、建设江西LED产业基地实施方案》,提出要大力扶持硅衬底LED技术全产业链发展,推进硅衬底LED原创技术优势加快转化为产业优势,实现由技术制高点迈向市场制高点,把南昌打造成全国的LED光谷,把江西建设成为全国领先、具有国际核心竞争力的LED全产业链研发、制造和应用基地;并明确了今后五年LED产业发展目标:到2020年,江西LED产业主营业务收入要在2015年的基础上翻两番,总量超过1000亿元,力争占全国的比重达到15%。