半導體發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、半導體發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢學院：機電電學院 班級：材成1102 學號：5900121100880 姓姓名：雷雷強強摘要:半導導體照明明具有節(jié)節(jié)能、環(huán)環(huán)保、壽壽命長、尺尺寸小等等優(yōu)點，能能夠應用用在各種種各樣的的彩色和和白色照照明領(lǐng)域域。發(fā)展展半導體體照明產(chǎn)產(chǎn)業(yè)具有有重大意意義,能能緩解能能源危機機，改善善環(huán)境污污染問題題，有利利于國民民經(jīng)濟可可持續(xù)發(fā)發(fā)展。本本文在介介紹半導導體照明明特點的的基礎(chǔ)上上，論述述了半導導體照明明研究進進展，分分析了我我國半導導體照明明產(chǎn)業(yè)發(fā)發(fā)展面臨臨的相關(guān)關(guān)技術(shù)問問題，最最后對半半導體照照明工程程發(fā)展趨趨勢作了了展望。關(guān)鍵詞：半半導體照照明、發(fā)發(fā)光二極極管、節(jié)節(jié)能與環(huán)

2、環(huán)保引言：1879年年，愛迪迪生發(fā)明明了第一只只作為熱輻輻射電光光源的碳絲白白熾燈，使使人類從從漫長的的火光照照明時代代進入了了電氣照照明時代代，第一一次革命命性地改改變了人人們的照照明方式式，拉開了了人類現(xiàn)現(xiàn)代文明明的帷幕幕。照明電光源源經(jīng)歷了了白熾燈燈、熒光光燈、高高強度氣氣體放電電燈三代代產(chǎn)品，光光效不斷斷提高，耗耗電量不不斷下降降，對人人類社會會的發(fā)展展起了至至關(guān)重要要的作用用。今天天，人們們在關(guān)注注光照效率率的同時時，更注注重照明明方式對對環(huán)境的的影響。隨著科學技術(shù)的進步，又一種新型電光源-發(fā)光二極管照明（LED）即半導體照明，真正引發(fā)了電光源照明技術(shù)的質(zhì)變，以其體積小、壽命長、耐閃

3、爍、抗震動、色彩豐富、安全可控、節(jié)能環(huán)保、無紫外線和紅外線輻射等全面優(yōu)勢掀起了第四次電光源技術(shù)革命，將電光源照明推進到節(jié)能環(huán)保的時代。半導體照明明應用的的意義，絕不亞亞于前幾幾次照明明領(lǐng)域的的技術(shù)革命命。因為為半導體體照明將將作為最有有效的節(jié)節(jié)能和環(huán)環(huán)保的手段，將通過過改善人人類生存存環(huán)境、發(fā)發(fā)展照明明的新概概念和新新模式來來改善和和提高人人類的生生活質(zhì)量量。1.半導體體照明的的特點1.1 半半導體照照明的機機理所謂半導體體照明，是是指利用用固體半半導體芯芯片作為為發(fā)光材材料，在在半導體體中通過過載流子子發(fā)生復復合，釋釋放出過過剩能量量引起光光子反射射，直接接發(fā)出紅紅、黃、藍藍、綠、青青、橙、

4、紫紫、白色色的光。LLED 的核心心PN 結(jié)，具具有正向向?qū)?、反反向截止止等特性性。當PPN 結(jié)結(jié)施加正正向電壓壓，電流流從LEED 的的陽極流流向陰極極時，半半導體晶晶體發(fā)出出從紫外外到紅外外不同顏顏色的光光線，光光的強弱弱與電流流大小有有關(guān)，電電流越大大，發(fā)光光亮度越越高11。1.2 半半導體照照明的優(yōu)優(yōu)點在同樣亮度度下，半半導體燈燈的電能能消耗僅僅為白熾熾燈的八八分之一一，因此此半導體體照明的的應用將將大大節(jié)節(jié)約能源源，同時時還將減減少二氧氧化碳的的排放量量2。220033 年，我我國照明明用電共共22992 億億度。按按照每年年增長55%計算算，到220100 年，照照明用電電可達3

5、32255 億度度以上。假假如到220100 年有有三分之之一以上上的白熾熾燈被半半導體照照明技術(shù)術(shù)所取代代，那么么一年可可節(jié)約照照明用電電10000 億億度，節(jié)節(jié)省原煤煤0.55 億噸噸，減少少廢氣及及塵渣排排放量約約6677 萬噸噸。因此此用100155 年時時間，投投資500 億至至1000 億元元發(fā)展半半導體照照明產(chǎn)業(yè)業(yè)，相當當于僅用用三峽工工程5%的投入入，就能能再造一一個“綠色三三峽工程程”3。除除節(jié)能與與環(huán)保外外，半導導體照明明還具有有響應速速度快、無無頻閃、長長壽命、無無輻射、無無電磁干干擾、無無有毒氣氣體等優(yōu)優(yōu)點44。而而且，該該光源還還具有體體積小、重重量輕、免免維護、易易

6、控制、使使用安全全、光效效強，以以及能適適應各種種惡劣條條件等優(yōu)優(yōu)點。另另外LEED 結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單牢固，其其結(jié)構(gòu)中中無活動動和易損損壞的部部件，是是一種全全固體結(jié)結(jié)構(gòu)，能能夠經(jīng)受受得住振振動和沖沖擊。2.半導體體照明的的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀55,612目前小功率率LEDD 照明明只能用用于特種種照明領(lǐng)領(lǐng)域，廣廣泛使用用的照明明光源還還是白光光LEDD。我國國LEDD 產(chǎn)業(yè)業(yè)已有一一定的基基礎(chǔ)，但但與國外外先進水水平相比比有較大大差距，包包括材料料、芯片片、封裝裝、設(shè)備備及如何何提高發(fā)發(fā)光效率率和產(chǎn)品品合格率率。（1）光譜譜質(zhì)量和和光源穩(wěn)穩(wěn)定性問問題。與與用于顯顯示的光光源不同同，照明明光源對對光譜質(zhì)質(zhì)量

7、和光光源穩(wěn)定定性有非非常嚴格格的標準準，LEED 在在這點上上目前仍仍有較大大差距。燈燈光的顏顏色一致致性也相相當重要要，目前前LEDD 器件件要滿足足這個顏顏色一致致性要求求還有相相當大的的困難。（2）發(fā)光光效率問問題。提提高LEED 的的發(fā)光效效率最主主要的方方法是改改進半導導體發(fā)光光材料與與LEDD 芯片片的結(jié)構(gòu)構(gòu)和制造造工藝。（3）高功功率問題題。作為為普通照照明，單單個LEED輸出出的光通通量必須須足夠大大。小功功率LEED 組組成的照照明燈具具為了達達到照明明的需要要，必須須集中多多個LEED 才才能達到到設(shè)計要要求，缺缺點是線線路復雜雜，散熱熱不暢，為為平衡各各個LEED 之之間

8、的電電流電壓壓關(guān)系必必須設(shè)計計復雜的的供電電電路。相相比之下下，大功功率LEED 單單體的功功率遠大大于若干干個小功功率LEED 的的總和，允允許工作作電流較較大，且且供電線線路相對對簡單，散散熱結(jié)構(gòu)構(gòu)完善，使使用壽命命更長，所所以大功功率LEED 器器件必將將代替小小功率LLED 器件。目目前，世世界半導導體照明明技術(shù)及及產(chǎn)業(yè)化化競爭焦焦點集中中在藍光光、紫光光、白光光以及大大功率高高亮度芯芯片。但但大功率率芯片的的生產(chǎn)設(shè)設(shè)備國外外也尚處處于研制制階段，而而且大的的耗散功功率、大大的發(fā)熱熱量、高高的出光光效率給給封裝工工藝、設(shè)設(shè)備和材材料提出出了新的的更高的的要求。大大功率LLED 的批量量

9、生產(chǎn)目目前只有有美國的的LUMMILEEDS公公司比較較成熟，是是當前世世界上最最亮的產(chǎn)產(chǎn)品。（4）散熱熱問題。若若LEDD 管芯芯結(jié)溫度度超過標標準限定定值，將將導致不不可恢復復性光強強衰減。大大功率LLED在在工作中中會產(chǎn)生生大量熱熱量，如如果在封封裝方式式上不能能有效解解決散熱熱問題，將將會降低低其性能能并縮短短使用壽壽命，因因此有效效解決散散熱和熱熱應力問問題至關(guān)關(guān)重要。顯顯然，設(shè)設(shè)計較大大輸入功功率的LLED 器件和和燈具，除除需用面面積較大大的芯片片外，還還必須有有良好的的散熱結(jié)結(jié)構(gòu)。（5）光學學系統(tǒng)設(shè)設(shè)計問題題。由于于通常LLED 發(fā)出的的光相對對集中于于一個較較小的立立體角范范

10、圍內(nèi)，一一般燈具具中的反反射器就就不再是是必要的的光學組組件，而而往往用用透鏡作作為準直直光學組組件，然然后用枕枕形透鏡鏡、楔形形棱鏡等等使光束束重新擴擴散、偏偏折，產(chǎn)產(chǎn)生滿足足各種照照明燈標標準要求求的光分分布。所所以要求求對LEED 照照明燈的的燈具進進行獨特特的二次次光學系系統(tǒng)設(shè)計計。（6）參數(shù)數(shù)離散性性問題。由由于LEED 照照明需由由多個LLED 管組成成，其參參數(shù)離散散性也是是一個技技術(shù)問題題。除了了通過預預選、分分類，盡盡量保證證一致性性以外，還還必須設(shè)設(shè)計合理理的燈具具結(jié)構(gòu)和和研究合合適的驅(qū)驅(qū)動電路路，防止止偶爾產(chǎn)產(chǎn)生的能能量集中中而燒毀毀部分LLED。（7）電路路保護問問題。

11、多多個LEED 組組成一只只照明燈燈具時，需需要對LLED 進行并并、串聯(lián)聯(lián)。如果果有一只只LEDD 短路路或開路路，都將將會導致致整小片片或整條條LEDD熄滅，影影響照明明效果。為為此，必必須研究究簡單而而廉價的的保護電電路，使使這種不不良影響響降至最最低限度度。（8）白光光LEDD 壽命命問題。隨隨著白光光LEDD 的制制造和驅(qū)驅(qū)動技術(shù)術(shù)的不斷斷完善，其其壽命將將會越來來越長。由由于LEED 本本身電特特性的影影響，微微小到幾幾毫安的的電流波波動也會會對LEED 壽壽命產(chǎn)生生極大的的影響。國國內(nèi)目前前LEDD產(chǎn)品基基本上都都采用定定電壓的的技術(shù)，因因此LEED 上上的電流流波動很很大，很很

12、容易損損壞LEED，而而應用定定電壓和和定電流流相結(jié)合合的技術(shù)術(shù)可確保保超高亮亮度LEED 的的壽命。（9）發(fā)光光材料與與器件制制造問題題。目前前國內(nèi)外外都在對對直接發(fā)發(fā)射白光光的芯片片做研究究?，F(xiàn)階階段半導導體發(fā)光光技術(shù)的的瓶頸似似乎都集集中在芯芯片制造造和器件件封裝上上，但從從長遠來來看，新新材料的的開發(fā)是是重中之之重?，F(xiàn)現(xiàn)在國外外中高檔檔材料，其其光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率為300%，而而我國只只達到110%左左右。ZZnO 是一種種繼GaaN 之之后的新新型寬禁禁帶半導導體材料料，具有有很高的的室溫發(fā)發(fā)光效率率。另外外，ZnnO 材材料的生生產(chǎn)非常常安全，可可以采用用沒有任任何毒性性的水為為氧源

13、，用用有機金金屬鋅為為鋅源。因因而，今今后ZnnO 材材料的生生產(chǎn)是真真正意義義上的綠綠色生產(chǎn)產(chǎn)，完全全符合環(huán)環(huán)保要求求。（10）白白光LEED 技技術(shù)路線線問題。目目前實現(xiàn)現(xiàn)超高亮亮LEDD 的方方法主要要集中在在三種技技術(shù)路線線：一是是利用三三基色原原理將紅紅、綠、藍藍三種超超高亮度度LEDD 混合合成白光光；二是是通過藍藍光光子子觸發(fā)磷磷光劑等等熒光物物質(zhì)發(fā)射射白光；三是用用紫外光光LEDD 激發(fā)發(fā)三基色色熒光粉粉或其他他熒光粉粉，產(chǎn)生生多色光光混合成成白光。實實踐證明明這三種種技術(shù)均均已實現(xiàn)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化化，其中中后兩種種技術(shù)發(fā)發(fā)展較快快。目前前我國在在大功率率LEDD 封裝裝領(lǐng)域的的產(chǎn)業(yè)化

14、化技術(shù)研研究開發(fā)發(fā)尚處于于起步階階段，競競爭力不不強。而而大功率率LEDD 用外外延片和和芯片還還處于研研發(fā)階段段，離產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化水水平相距距甚遠。我我國相關(guān)關(guān)科研和和生產(chǎn)單單位正在在有針對對性地加加大對超超高亮度度LEDD 高檔檔芯片和和大功率率外延片片、芯片片的研發(fā)發(fā)工作，提提高大功功率LEED 封封裝技術(shù)術(shù)水平和和產(chǎn)業(yè)化化程度，大大力開發(fā)發(fā)和推廣廣LEDD 應用用，擴大大產(chǎn)業(yè)化化規(guī)模，逐逐步建立立并完善善LEDD 產(chǎn)業(yè)業(yè)鏈。3.半導體體照明的的發(fā)展趨趨勢展望望半導體綠色色照明是是照明方方式的一一次具有有重大意意義的革革命，國國際上已已掀起了了一股應應用LEED 照照明的研研究與產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化熱熱潮

15、。（1）白光光LEDD 現(xiàn)處處于初期期發(fā)展階階段，目目前在景景觀照明明、庭園園燈等特特殊照明明方面已已大量應應用；未未來白光光LEDD 的應應用市場場將非常常廣泛，而而作為通通用照明明的高光光通量白白光照明明取代白白熾鎢絲絲燈泡及及熒光燈燈照明，無疑疑是LEED 最最有光輝輝前景的的應用產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。（2）盡管管發(fā)展LLED 照明系系統(tǒng)目前前尚存在在一系列列關(guān)鍵技技術(shù)問題題需要解解決，但但隨著LLED 芯片發(fā)發(fā)光效率率的提高高，LEED 的的封裝與與燈具制制造工藝藝的進一一步改進進，一些些技術(shù)障障礙將逐逐步消除除。（3）高亮亮度LEED 在在未來110 年年內(nèi)的市市場前景景被業(yè)界界看好，對對全球照照

16、明工業(yè)業(yè)將造成成巨大的的沖擊，成成為替代代傳統(tǒng)照照明器具具的一大大潛力商商品。未未來56年中中，若發(fā)發(fā)光效率率突破880lmm/W，再再加上單單價繼續(xù)續(xù)下降，則則到2000820110 年年，白光光LEDD 照明明將會進進入通用用照明領(lǐng)領(lǐng)域，逐逐漸普及及為一般般家庭的的各種照照明燈具具，正式式成為221 世世紀的照照明新光光源333。（4）我國國從科技技攻關(guān)到到產(chǎn)業(yè)布布局上雖雖然取得得了一些些進展，但但與日本本、美國國等還有有相當?shù)牡牟罹?。應應盡快從從我國實實際出發(fā)發(fā)，采取取有效措措施，加加強科技技攻關(guān)和和產(chǎn)業(yè)布布局，并并出臺相相關(guān)的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)政策策，以促促進半導導體照明明工程的的產(chǎn)業(yè)化化，加強強

17、國際競競爭力?！?】 嘯嘯風. LEDD 車燈燈漫談. 中國國LEDD 專業(yè)業(yè)論壇，220044-122-244【2】 徐徐江善. 綠色色革命半導導體照明明J. 記記者觀察察,20003（110）：4950【3】 馮馮麗. 固態(tài)照照明節(jié)電電是最有有效的環(huán)環(huán)保工程程和節(jié)電電手段. 新華華網(wǎng)江西西頻道, 20004-07-12【4】 GGuo Huaa, ZZhouu Taaimiing. Exxpecctedd apppliicattionn off LEEDS in citty llanddscaape ligghtiingC. Innterrnattionnal Forrum on LEDD

18、 & Semmicoonduuctoor LLighhtinng, 20004: 13771339【5】 鄭鄭敏政. 大力力推進半半導體照照明產(chǎn)業(yè)業(yè)的發(fā)展展C. 220044中國（上上海）國國際半導導體照明明論壇, 20004【6】 周周冰. 品能光光電超高高亮度LLED 照明產(chǎn)產(chǎn)品在建建筑照明明中的應應用CC. 20004 中中國（上上海）國國際半導導體照明明論壇, 20004【7】 寧寧楚文. 大功功率發(fā)光光二極管管LEDD 在信信號燈方方面的應應用和前前景CC. 20004 中中國（上上海）國國際半導導體照明明論壇, 20004【8】 陳陳哲艮. 關(guān)于于發(fā)光二二極管和和半導體體照明的的探

19、討J.能源工工程, 20004（22）：11Chen Zheegenn. DDisccusssionn onn thhe LLED andd semmicoonduuctoor llighhtinng eenerrgy enggineeeriing J. EEnerrgy Enggineeeriing, 20004（22）：11【9】 張張?zhí)焓? 固態(tài)態(tài)照明光光源嶄露露頭角, 但挑挑戰(zhàn)尤存存J.光電電子技術(shù)術(shù)與信息息. 220033, 116（44）：447448【10】 蔣大鵬鵬. 全全固態(tài)光光源及產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展展前景C. 20004 中國（上上海）國國際半導導體照明明論壇, 20004【11】

20、 Pann Jiianggen. Geenerral ligghtiing purrposse LLEDss, ccharractteriistiicsaand phyysiccal meaasurremeentC. Innterrnattionnal Forrum onLLED & SSemiiconnducctorr Liighttingg, 220044: 1119【12】 楊國棟棟. 221 世世紀的光光明白光LLED 產(chǎn)品發(fā)發(fā)展簡析析N. 華華東電子子, 220011-011-222Semiccondducttor devveloopmeent preesennt ssituuati

21、ion andd thhe ddeveeloppmennt ttenddenccyColleege: ellecttriccal andd meechaaniccal colllegge claass: maaterriall innto 1022 sttudeent id: 5990122100080 namme:lleiqqianngqiianggAbstrractt: tthe semmicoonduuctoor llighhtinng hhas eneergyy saavinng, envviroonmeentaal pprottecttionn, llongg seerviice liffe, thee addvanntagges of smaall sizze, cann bee ussed in alll kiindss off coolorr annd wwhitte llighhtinng aareaa. DDeveeloppmennt oof ssemiiconnducctorr liighttingg inndusstryy haas tthe greeat siggnifficaancee, ccan al