半导体发展现状与发展趋势

1、半导体发发展现状状与发展展趋势学院：机机电学院院 班级级：材成成1022 学号号：5990122100080 姓名：雷强强强摘要:半半导体照照明具有有节能、环保、寿命长长、尺寸寸小等优优点，能能够应用用在各种种各样的的彩色和和白色照照明领域域。发展展半导体体照明产产业具有有重大意意义,能能缓解能能源危机机，改善善环境污污染问题题，有利利于国民民经济可可持续发发展。本本文在介介绍半导导体照明明特点的的基础上上，论述述了半导导体照明明研究进进展，分分析了我我国半导导体照明明产业发发展面临临的相关关技术问问题，最最后对半半导体照照明工程程发展趋趋势作了了展望。关键词：半导体体照明、发光二二极管、节能

2、与与环保引言：18799年，爱爱迪生发发明了第一只只作为热辐辐射电光光源的碳丝白白炽灯，使人类类从漫长长的火光光照明时时代进入入了电气气照明时时代，第第一次革革命性地地改变了了人们的的照明方方式，拉开了了人类现现代文明明的帷幕幕。照明电光光源经历历了白炽炽灯、荧荧光灯、高强度度气体放放电灯三三代产品品，光效效不断提提高，耗耗电量不不断下降降，对人人类社会会的发展展起了至至关重要要的作用用。今天天，人们们在关注注光照效率率的同时时，更注注重照明明方式对对环境的的影响。随着科科学技术术的进步步，又一一种新型型电光源源-发光二二极管照照明（LLED）即半导导体照明明，真正正引发了了电光源源照明技技术

3、的质变，以其体积小小、寿命命长、耐耐闪烁、抗震动动、色彩丰富富、安全可可控、节节能环保保、无紫紫外线和和红外线线辐射等等全面优优势掀起起了第四次次电光源源技术革革命，将电光源源照明推推进到节节能环保保的时代代。半导体照照明应用用的意义义，绝不亚亚于前几几次照明明领域的的技术革命命。因为为半导体体照明将将作为最有有效的节节能和环环保的手段，将通过过改善人人类生存存环境、发展照照明的新新概念和和新模式式来改善善和提高高人类的的生活质质量。1.半导导体照明明的特点点1.1 半导体体照明的的机理所谓半导导体照明明，是指指利用固固体半导导体芯片片作为发发光材料料，在半半导体中中通过载载流子发发生复合合，

4、释放放出过剩剩能量引引起光子子反射，直接发发出红、黄、蓝蓝、绿、青、橙橙、紫、白色的的光。LLED 的核心心PN 结，具具有正向向导通、反向截截止等特特性。当当PN 结施加加正向电电压，电电流从LLED 的阳极极流向阴阴极时，半导体体晶体发发出从紫紫外到红红外不同同颜色的的光线，光的强强弱与电电流大小小有关，电流越越大，发发光亮度度越高1。1.2 半导体体照明的的优点在同样亮亮度下，半导体体灯的电电能消耗耗仅为白白炽灯的的八分之之一，因因此半导导体照明明的应用用将大大大节约能能源，同同时还将将减少二二氧化碳碳的排放放量22。220033 年，我国照照明用电电共22292 亿度。按照每每年增长长

5、5%计计算，到到20110 年年，照明明用电可可达32225 亿度以以上。假假如到220100 年有有三分之之一以上上的白炽炽灯被半半导体照照明技术术所取代代，那么么一年可可节约照照明用电电10000 亿亿度，节节省原煤煤0.55 亿吨吨，减少少废气及及尘渣排排放量约约6677 万吨吨。因此此用100155 年时时间，投投资500 亿至至1000 亿元元发展半半导体照照明产业业，相当当于仅用用三峡工工程5%的投入入，就能能再造一一个“绿色三三峡工程程”3。除除节能与与环保外外，半导导体照明明还具有有响应速速度快、无频闪闪、长寿寿命、无无辐射、无电磁磁干扰、无有毒毒气体等等优点4。而而且，该该光

6、源还还具有体体积小、重量轻轻、免维维护、易易控制、使用安安全、光光效强，以及能能适应各各种恶劣劣条件等等优点。另外LLED 结构简简单牢固固，其结结构中无无活动和和易损坏坏的部件件，是一一种全固固体结构构，能够够经受得得住振动动和冲击击。2.半导导体照明明的发展现现状55,612目前小功功率LEED 照照明只能能用于特特种照明明领域，广泛使使用的照照明光源源还是白白光LEED。我我国LEED 产产业已有有一定的的基础，但与国国外先进进水平相相比有较较大差距距，包括括材料、芯片、封装、设备及及如何提提高发光光效率和和产品合合格率。（1）光光谱质量量和光源源稳定性性问题。与用于于显示的的光源不不同

7、，照照明光源源对光谱谱质量和和光源稳稳定性有有非常严严格的标标准，LLED 在这点点上目前前仍有较较大差距距。灯光光的颜色色一致性性也相当当重要，目前LLED 器件要要满足这这个颜色色一致性性要求还还有相当当大的困困难。（2）发发光效率率问题。提高LLED 的发光光效率最最主要的的方法是是改进半半导体发发光材料料与LEED 芯芯片的结结构和制制造工艺艺。（3）高高功率问问题。作作为普通通照明，单个LLED输输出的光光通量必必须足够够大。小小功率LLED 组成的的照明灯灯具为了了达到照照明的需需要，必必须集中中多个LLED 才能达达到设计计要求，缺点是是线路复复杂，散散热不畅畅，为平平衡各个个L

8、EDD 之间间的电流流电压关关系必须须设计复复杂的供供电电路路。相比比之下，大功率率LEDD 单体体的功率率远大于于若干个个小功率率LEDD 的总总和，允允许工作作电流较较大，且且供电线线路相对对简单，散热结结构完善善，使用用寿命更更长，所所以大功功率LEED 器器件必将将代替小小功率LLED 器件。目前，世界半半导体照照明技术术及产业业化竞争争焦点集集中在蓝蓝光、紫紫光、白白光以及及大功率率高亮度度芯片。但大功功率芯片片的生产产设备国国外也尚尚处于研研制阶段段，而且且大的耗耗散功率率、大的的发热量量、高的的出光效效率给封封装工艺艺、设备备和材料料提出了了新的更更高的要要求。大大功率LLED

9、的批量量生产目目前只有有美国的的LUMMILEEDS公公司比较较成熟，是当前前世界上上最亮的的产品。（4）散散热问题题。若LLED 管芯结结温度超超过标准准限定值值，将导导致不可可恢复性性光强衰衰减。大大功率LLED在在工作中中会产生生大量热热量，如如果在封封装方式式上不能能有效解解决散热热问题，将会降降低其性性能并缩缩短使用用寿命，因此有有效解决决散热和和热应力力问题至至关重要要。显然然，设计计较大输输入功率率的LEED 器器件和灯灯具，除除需用面面积较大大的芯片片外，还还必须有有良好的的散热结结构。（5）光光学系统统设计问问题。由由于通常常LEDD 发出出的光相相对集中中于一个个较小的的立

10、体角角范围内内，一般般灯具中中的反射射器就不不再是必必要的光光学组件件，而往往往用透透镜作为为准直光光学组件件，然后后用枕形形透镜、楔形棱棱镜等使使光束重重新扩散散、偏折折，产生生满足各各种照明明灯标准准要求的的光分布布。所以以要求对对LEDD 照明明灯的灯灯具进行行独特的的二次光光学系统统设计。（6）参参数离散散性问题题。由于于LEDD 照明明需由多多个LEED 管管组成，其参数数离散性性也是一一个技术术问题。除了通通过预选选、分类类，尽量量保证一一致性以以外，还还必须设设计合理理的灯具具结构和和研究合合适的驱驱动电路路，防止止偶尔产产生的能能量集中中而烧毁毁部分LLED。（7）电电路保护护

11、问题。多个LLED 组成一一只照明明灯具时时，需要要对LEED 进进行并、串联。如果有有一只LLED 短路或或开路，都将会会导致整整小片或或整条LLED熄熄灭，影影响照明明效果。为此，必须研研究简单单而廉价价的保护护电路，使这种种不良影影响降至至最低限限度。（8）白白光LEED 寿寿命问题题。随着着白光LLED 的制造造和驱动动技术的的不断完完善，其其寿命将将会越来来越长。由于LLED 本身电电特性的的影响，微小到到几毫安安的电流流波动也也会对LLED 寿命产产生极大大的影响响。国内内目前LLED产产品基本本上都采采用定电电压的技技术，因因此LEED 上上的电流流波动很很大，很很容易损损坏LE

12、ED，而而应用定定电压和和定电流流相结合合的技术术可确保保超高亮亮度LEED 的的寿命。（9）发发光材料料与器件件制造问问题。目目前国内内外都在在对直接接发射白白光的芯芯片做研研究。现现阶段半半导体发发光技术术的瓶颈颈似乎都都集中在在芯片制制造和器器件封装装上，但但从长远远来看，新材料料的开发发是重中中之重。现在国国外中高高档材料料，其光光电转换换效率为为30%，而我我国只达达到100%左右右。ZnnO 是是一种继继GaNN 之后后的新型型宽禁带带半导体体材料，具有很很高的室室温发光光效率。另外，ZnOO 材料料的生产产非常安安全，可可以采用用没有任任何毒性性的水为为氧源，用有机机金属锌锌为锌

13、源源。因而而，今后后ZnOO 材料料的生产产是真正正意义上上的绿色色生产，完全符符合环保保要求。（10）白光LLED 技术路路线问题题。目前前实现超超高亮LLED 的方法法主要集集中在三三种技术术路线：一是利利用三基基色原理理将红、绿、蓝蓝三种超超高亮度度LEDD 混合合成白光光；二是是通过蓝蓝光光子子触发磷磷光剂等等荧光物物质发射射白光；三是用用紫外光光LEDD 激发发三基色色荧光粉粉或其他他荧光粉粉，产生生多色光光混合成成白光。实践证证明这三三种技术术均已实实现产业业化，其其中后两两种技术术发展较较快。目目前我国国在大功功率LEED 封封装领域域的产业业化技术术研究开开发尚处处于起步步阶段

14、，竞争力力不强。而大功功率LEED 用用外延片片和芯片片还处于于研发阶阶段，离离产业化化水平相相距甚远远。我国国相关科科研和生生产单位位正在有有针对性性地加大大对超高高亮度LLED 高档芯芯片和大大功率外外延片、芯片的的研发工工作，提提高大功功率LEED 封封装技术术水平和和产业化化程度，大力开开发和推推广LEED 应应用，扩扩大产业业化规模模，逐步步建立并并完善LLED 产业链链。3.半导导体照明明的发展展趋势展展望半导体绿绿色照明明是照明明方式的的一次具具有重大大意义的的革命，国际上上已掀起起了一股股应用LLED 照明的的研究与与产业化化热潮。（1）白白光LEED 现现处于初初期发展展阶段

15、，目前在在景观照照明、庭庭园灯等等特殊照照明方面面已大量量应用；未来白白光LEED 的的应用市市场将非非常广泛泛，而作作为通用用照明的的高光通通量白光光照明取取代白炽炽钨丝灯灯泡及荧荧光灯照明，无无疑是LLED 最有光光辉前景景的应用用产业。（2）尽尽管发展展LEDD 照明明系统目目前尚存存在一系系列关键键技术问问题需要要解决，但随着着LEDD 芯片片发光效效率的提提高，LLED 的封装装与灯具具制造工工艺的进进一步改改进，一一些技术术障碍将将逐步消消除。（3）高高亮度LLED 在未来来10 年内的的市场前前景被业业界看好好，对全全球照明明工业将将造成巨巨大的冲冲击，成成为替代代传统照照明器具

16、具的一大大潜力商商品。未未来56年中中，若发发光效率率突破880lmm/W，再加上上单价继继续下降降，则到到20008220100 年，白光LLED 照明将将会进入入通用照照明领域域，逐渐渐普及为为一般家家庭的各各种照明明灯具，正式成成为211 世纪纪的照明明新光源源333。（4）我我国从科科技攻关关到产业业布局上上虽然取取得了一一些进展展，但与与日本、美国等等还有相相当的差差距。应应尽快从从我国实实际出发发，采取取有效措措施，加加强科技技攻关和和产业布布局，并并出台相相关的产产业政策策，以促促进半导导体照明明工程的的产业化化，加强强国际竞竞争力。【1】 啸风. LEED 车车灯漫谈谈. 中中

17、国LEED 专专业论坛坛，20004-12-24【2】 徐江善善. 绿绿色革命命半导导体照明明J. 记记者观察察,20003（10）：499500【3】 冯丽. 固态态照明节节电是最最有效的的环保工工程和节节电手段段. 新新华网江江西频道道, 220044-077-122【4】 Guoo Huua, Zhoou TTaimmingg. EExpeecteed aappllicaatioon oof LLEDSS inn ciity lanndsccapee liighttinggC. IInteernaatioonall Foorumm onn LEED & Seemiccondducttor

18、 Ligghtiing, 20004: 13371139【5】 郑敏政政. 大大力推进进半导体体照明产产业的发发展CC. 20004中国国（上海海）国际际半导体体照明论论坛, 20004【6】 周冰. 品能能光电超超高亮度度LEDD 照明明产品在在建筑照照明中的的应用C. 20004 中国（上海）国际半半导体照照明论坛坛, 220044【7】 宁楚文文. 大大功率发发光二极极管LEED 在在信号灯灯方面的的应用和和前景C. 20004 中国（上海）国际半半导体照照明论坛坛, 220044【8】 陈哲艮艮. 关关于发光光二极管管和半导导体照明明的探讨讨J.能源源工程, 20004（2）：1Che

19、nn Zhhegeen. Disscusssioon oon tthe LEDD anndseemiccondducttor ligghtiing eneergyy ennginneerringg JJ. EneergyyEnggineeeriing, 20004（2）：1【9】 张天舒舒. 固固态照明明光源崭崭露头角角, 但但挑战尤尤存JJ.光光电子技技术与信信息. 20003, 16（4）：4748【10】 蒋大大鹏. 全固态态光源及及产业发发展前景景C. 220044 中国国（上海海）国际际半导体体照明论论坛, 20004【11】 Paan JJianngenn. GGeneerall

20、liighttingg puurpoose LEDDs, chaaraccterristticssandd phhysiicall meeasuuremmenttC. IInteernaatioonall Foorumm onnLEDD & Semmicoonduuctoor LLighhtinng, 20004: 1199【12】 杨国国栋. 21 世纪的的光明白光光LEDD 产品品发展简简析NN. 华东电电子, 20001-001-222Semiiconnducctorr deevellopmmentt prreseent sittuattionn annd tthe devveloopm

21、eent tenndenncyColllegee: eelecctriicall annd mmechhaniicall coolleegecclasss: matteriial intto 1102 stuudennt iid: 5900121100880 nnamee:leeiqiianggqiaangAbsttracct: thee seemiccondducttor ligghtiing hass ennerggy ssaviing, ennvirronmmenttal prootecctioon, lonng sservvicee liife, thhe aadvaantaagess off smmalll siize, caan bbe uusedd inn alll kkindds oof ccoloor aand whiite ligghtiing areea. Devveloopmeent of semmicoonduuctoor llighhtinng iinduustrry hhas thee grreatt siigniificcancce, cann alllevviatt