半导体发展现状与发展趋势

1、半导体发展现状与发展趋势学院：机电电学院 班级：材成1102 学号：5900121100880 姓姓名：雷雷强强摘要:半导导体照明明具有节节能、环环保、寿寿命长、尺尺寸小等等优点，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：半半导体照照明、发发光二极极管、节节能与环

2、环保引言：1879年年，爱迪迪生发明明了第一只只作为热辐辐射电光光源的碳丝白白炽灯，使使人类从从漫长的的火光照照明时代代进入了了电气照照明时代代，第一一次革命命性地改改变了人人们的照照明方式式，拉开了了人类现现代文明明的帷幕幕。照明电光源源经历了了白炽灯灯、荧光光灯、高高强度气气体放电电灯三代代产品，光光效不断断提高，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。随着科学技术的进步，又一种新型电光源-发光二极管照明（LED）即半导体照明，真正引发了电光源照明技术的质变，以其体积小、寿命长、耐闪

3、烁、抗震动、色彩丰富、安全可控、节能环保、无紫外线和红外线辐射等全面优势掀起了第四次电光源技术革命，将电光源照明推进到节能环保的时代。半导体照明明应用的的意义，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、发发展照明明的新概概念和新新模式来来改善和和提高人人类的生生活质量量。1.半导体体照明的的特点1.1 半半导体照照明的机机理所谓半导体体照明，是是指利用用固体半半导体芯芯片作为为发光材材料，在在半导体体中通过过载流子子发生复复合，释释放出过过剩能量量引起光光子反射射，直接接发出红红、黄、蓝蓝、绿、青青、橙、

4、紫紫、白色色的光。LLED 的核心心PN 结，具具有正向向导通、反反向截止止等特性性。当PPN 结结施加正正向电压压，电流流从LEED 的的阳极流流向阴极极时，半半导体晶晶体发出出从紫外外到红外外不同颜颜色的光光线，光光的强弱弱与电流流大小有有关，电电流越大大，发光光亮度越越高11。1.2 半半导体照照明的优优点在同样亮度度下，半半导体灯灯的电能能消耗仅仅为白炽炽灯的八八分之一一，因此此半导体体照明的的应用将将大大节节约能源源，同时时还将减减少二氧氧化碳的的排放量量2。220033 年，我我国照明明用电共共22992 亿亿度。按按照每年年增长55%计算算，到220100 年，照照明用电电可达3

5、32255 亿度度以上。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、无无频闪、长长寿命、无无辐射、无无电磁干干扰、无无有毒气气体等优优点44。而而且，该该光源还还具有体体积小、重重量轻、免免维护、易易

6、控制、使使用安全全、光效效强，以以及能适适应各种种恶劣条条件等优优点。另另外LEED 结结构简单单牢固，其其结构中中无活动动和易损损坏的部部件，是是一种全全固体结结构，能能够经受受得住振振动和冲冲击。2.半导体体照明的的发展现现状55,612目前小功率率LEDD 照明明只能用用于特种种照明领领域，广广泛使用用的照明明光源还还是白光光LEDD。我国国LEDD 产业业已有一一定的基基础，但但与国外外先进水水平相比比有较大大差距，包包括材料料、芯片片、封装装、设备备及如何何提高发发光效率率和产品品合格率率。（1）光谱谱质量和和光源稳稳定性问问题。与与用于显显示的光光源不同同，照明明光源对对光谱质质量

7、和光光源稳定定性有非非常严格格的标准准，LEED 在在这点上上目前仍仍有较大大差距。灯灯光的颜颜色一致致性也相相当重要要，目前前LEDD 器件件要满足足这个颜颜色一致致性要求求还有相相当大的的困难。（2）发光光效率问问题。提提高LEED 的的发光效效率最主主要的方方法是改改进半导导体发光光材料与与LEDD 芯片片的结构构和制造造工艺。（3）高功功率问题题。作为为普通照照明，单单个LEED输出出的光通通量必须须足够大大。小功功率LEED 组组成的照照明灯具具为了达达到照明明的需要要，必须须集中多多个LEED 才才能达到到设计要要求，缺缺点是线线路复杂杂，散热热不畅，为为平衡各各个LEED 之之间

8、的电电流电压压关系必必须设计计复杂的的供电电电路。相相比之下下，大功功率LEED 单单体的功功率远大大于若干干个小功功率LEED 的的总和，允允许工作作电流较较大，且且供电线线路相对对简单，散散热结构构完善，使使用寿命命更长，所所以大功功率LEED 器器件必将将代替小小功率LLED 器件。目目前，世世界半导导体照明明技术及及产业化化竞争焦焦点集中中在蓝光光、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产设设备国外外也尚处处于研制制阶段，而而且大的的耗散功功率、大大的发热热量、高高的出光光效率给给封装工工艺、设设备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、生产目目前只有有美国的的LUMMILEEDS公公司比较较成熟，是是当前世世界上最最亮的产产品。（4）散热热问题。若若LEDD 管芯芯结温度度超过标标准限定定值，将将导致不不可恢复复性光强强衰减。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，将将会降低低其性能能并缩短短使用寿寿命，因因此有效效解决散散热和热热应力问问题至关关重要。显显然，设设计较大大输入功功率的LLED 器件和和灯具，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）光学学系统设设计问题题。由于于通常LLED 发出的的光相对对集中于于一个较较小的立立体角范范

10、围内，一一般灯具具中的反反射器就就不再是是必要的的光学组组件，而而往往用用透镜作作为准直直光学组组件，然然后用枕枕形透镜镜、楔形形棱镜等等使光束束重新扩扩散、偏偏折，产产生满足足各种照照明灯标标准要求求的光分分布。所所以要求求对LEED 照照明灯的的灯具进进行独特特的二次次光学系系统设计计。（6）参数数离散性性问题。由由于LEED 照照明需由由多个LLED 管组成成，其参参数离散散性也是是一个技技术问题题。除了了通过预预选、分分类，尽尽量保证证一致性性以外，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）电路路保护问问题。

11、多多个LEED 组组成一只只照明灯灯具时，需需要对LLED 进行并并、串联联。如果果有一只只LEDD 短路路或开路路，都将将会导致致整小片片或整条条LEDD熄灭，影影响照明明效果。为为此，必必须研究究简单而而廉价的的保护电电路，使使这种不不良影响响降至最最低限度度。（8）白光光LEDD 寿命命问题。随随着白光光LEDD 的制制造和驱驱动技术术的不断断完善，其其寿命将将会越来来越长。由由于LEED 本本身电特特性的影影响，微微小到几几毫安的的电流波波动也会会对LEED 寿寿命产生生极大的的影响。国国内目前前LEDD产品基基本上都都采用定定电压的的技术，因因此LEED 上上的电流流波动很很大，很很

12、容易损损坏LEED，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）发光光材料与与器件制制造问题题。目前前国内外外都在对对直接发发射白光光的芯片片做研究究。现阶阶段半导导体发光光技术的的瓶颈似似乎都集集中在芯芯片制造造和器件件封装上上，但从从长远来来看，新新材料的的开发是是重中之之重。现现在国外外中高档档材料，其其光电转转换效率率为300%，而而我国只只达到110%左左右。ZZnO 是一种种继GaaN 之之后的新新型宽禁禁带半导导体材料料，具有有很高的的室温发发光效率率。另外外，ZnnO 材材料的生生产非常常安全，可可以采用用没有任任何毒性性的水为为氧源

13、，用用有机金金属锌为为锌源。因因而，今今后ZnnO 材材料的生生产是真真正意义义上的绿绿色生产产，完全全符合环环保要求求。（10）白白光LEED 技技术路线线问题。目目前实现现超高亮亮LEDD 的方方法主要要集中在在三种技技术路线线：一是是利用三三基色原原理将红红、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。实实践证明明这三种种技术均均已实现现产业化化，其中中后两种种技术发发展较快快。目前前我国在在大功率率LEDD 封装装领域的的产业化

14、化技术研研究开发发尚处于于起步阶阶段，竞竞争力不不强。而而大功率率LEDD 用外外延片和和芯片还还处于研研发阶段段，离产产业化水水平相距距甚远。我我国相关关科研和和生产单单位正在在有针对对性地加加大对超超高亮度度LEDD 高档档芯片和和大功率率外延片片、芯片片的研发发工作，提提高大功功率LEED 封封装技术术水平和和产业化化程度，大大力开发发和推广广LEDD 应用用，扩大大产业化化规模，逐逐步建立立并完善善LEDD 产业业链。3.半导体体照明的的发展趋趋势展望望半导体绿色色照明是是照明方方式的一一次具有有重大意意义的革革命，国国际上已已掀起了了一股应应用LEED 照照明的研研究与产产业化热热潮

15、。（1）白光光LEDD 现处处于初期期发展阶阶段，目目前在景景观照明明、庭园园灯等特特殊照明明方面已已大量应应用；未未来白光光LEDD 的应应用市场场将非常常广泛，而而作为通通用照明明的高光光通量白白光照明明取代白白炽钨丝丝灯泡及及荧光灯灯照明，无疑疑是LEED 最最有光辉辉前景的的应用产产业。（2）尽管管发展LLED 照明系系统目前前尚存在在一系列列关键技技术问题题需要解解决，但但随着LLED 芯片发发光效率率的提高高，LEED 的的封装与与灯具制制造工艺艺的进一一步改进进，一些些技术障障碍将逐逐步消除除。（3）高亮亮度LEED 在在未来110 年年内的市市场前景景被业界界看好，对对全球照照

16、明工业业将造成成巨大的的冲击，成成为替代代传统照照明器具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，再再加上单单价继续续下降，则则到2000820110 年年，白光光LEDD 照明明将会进进入通用用照明领领域，逐逐渐普及及为一般般家庭的的各种照照明灯具具，正式式成为221 世世纪的照照明新光光源333。（4）我国国从科技技攻关到到产业布布局上虽虽然取得得了一些些进展，但但与日本本、美国国等还有有相当的的差距。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

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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