韩国KIST开发出新化合物,可取代氮化镓生产蓝光LED

据韩媒Business Korea报道,韩国科学技术研究院(KIST)于日前宣布,一个KIST团队已经成功开发出一种新的化合物,可以取代氮化镓来生产蓝光LED。


韩国KIST开发出新化合物,可取代氮化镓生产蓝光LED_爱车智能_自动驾驶


此前日本开发出一种制造高质量氮化镓的方法,用于生产蓝光LED,这种蓝光LED被用作智能手机、显示器、电子产品和高频设备的核心设备。


据悉,韩国研究小组使用一种由铜和碘合成的碘化铜化合物(CuI)来生产蓝光LED。研究人员表示,“我们发现,碘化铜半导体可以发出蓝光,其亮度是氮化镓半导体的10倍以上,此外在光电效率和长期设备稳定性方面的表现也很出色。”


研究人员研发的碘化铜半导体可以在低成本、缺陷小的硅衬底上生长,因此具有使用目前市面上可买到的大尺寸硅衬底(300毫米)的优势。此外,碘化铜薄膜的生长温度与硅基工艺中使用的温度(低于300摄氏度)相似,因此可以在不牺牲性能的情况下沉积碘化铜薄膜。因此,它可以应用于低成本、简单的硅半导体工艺。


这些研究成果的意义在于,通过在硅衬底上生长高质量的铜卤素单晶碘化铜,实现高效的蓝光发射,在世界范围内首次展示了一种新的使用铜卤素化合物的半导体材料新技术。


氮化镓是第三代半导体材料的代表,可应用于光电、功率和射频等多个领域,如在新能源汽车、5G基站、能源互联网、半导体照明等行业产品上都有用武之地。


相较于第一代半导体材料硅、第二代半导体材料砷化镓等,氮化镓具备易散热,体积小,损耗小,功率大等诸多优点,被业内寄予厚望。


2014年,日本名古屋大学教授赤崎勇、天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因为发明蓝光LED而获得诺贝尔物理奖。


氮化镓就是推动这个蓝光LED发展的重要新型材料,它在科研学术界的地位由此可见一斑。


一个更加直观的例子是,假如所有电器都换成氮化镓材质,整体用电量将会减少20%。


基于上述优点,它还可以解决5G时代的智能科技硬件产品在节能、小型化、大功率等多方面的要求。


以氮化镓在射频领域的应用为例。5G时代的核心是5G网络,5G网络的关键在于5G基站的铺设,射频氮化镓有着输出功率更大、频率特性更好、瞬时带宽更大、体积更小等多方面的优势,是5G基站功率放大器等元器件的绝配。


再比如在无人车领域。


众所周知,无人车需要激光雷达快速形成三维图像或为周围环境制作电子地图,帮助汽车更全面地了解地形变化,才能实现自动驾驶。


换句话说,激光雷达就好比是无人车的眼睛。


基于氮化镓场效应晶体管的激光雷达,数据传输速度是目前激光雷达应用中主流应用的硅元素的100倍以上。


这意味着从图像拍摄速度到照片锐度再到照片精准度的全面大幅度提升,从而帮助提升无人驾驶系统具备更高的准确性。


举了这么多例子,不难看出,氮化镓对于5G上下游产业有着举足轻重的影响,所以它本身极具想象空间,说是5G时代的核心技术也不为过。


“针对5G通信需求,建立开放的工艺代工线,实现从高效率器件到超宽带电路设计等系列自主可控的GaN基射频器件和电路成套技术;实现GaN器件与电路在通信系统的应用,推动我国第三代半导体在射频功率领域的可持续发展。”


尽管氮化镓材料相关技术早已站上国家级战略的政策风口,但包括衬底、外延片、器件制造等在内的氮化镓产业链中,主流生产厂家仍然集中在欧洲国家及日本等。


究其原因,一方面在于,半导体材料是一个技术密集型的高精尖产业领域,技术推进难度极大。


在第一、第二代半导体材料领域,我国大陆整体技术水平并不占什么优势。


目前基本上是日本占据半壁江山,欧美、韩国、台湾平分余下市场的格局。


很多人都不知道我国进口额最大的商品是微电路——由硅等半导体材料制成的芯片——2018年我国石油进口额度是2300亿美元,而微电路的进口金额达到了3120.58亿美元。


另一方面,氮化镓不同于硅等前代半导体材料,它不存在于自然界中,只能通过人工合成,研发及商用成本更高,一片五厘米大小的氮化镓片售价就超过了2万元。


而氮化镓想要应用于不同的行业和产品,还需要搭配不同的衬底材料。


上文提到的蓝光LED的核心材料是蓝宝石基氮化镓外延片,小米发布的新快充电器是基于硅基氮化镓,硅基本氮化镓可以制造大功率LED、功率器件和大功率射频芯片等等。


再加上产业链上游的光刻机、触觉传感器等核心技术均被早于我国起步数十年之多的美国、日本等垄断。


所以氮化镓从技术研发到落地应用的方方面面,天然就意味着长时间、重成本、高风险的研究投入、反复试错,一般企业难以扛起这个重担。


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