点亮世界, 是人类改造自然中永恒的主题。从钻木取火到油灯蜡烛, 从蒸汽机到电气化, 从荧光灯、白炽灯到节能 LED, 从 2D 到 3D, 一次次智慧的火种, 照亮了人类文明的发展史。
以集成电路为代表的第三次工业革命之后, 随着第三代半导体材料的突破和蓝、绿、白光 LED 的问世, 半导体技术在照明和显示领域掀起了一场新的革命, 彻底颠覆了传统白炽灯、日光灯的主导地位, 并带来了新型节能的 LCD 及 LED 显示屏。以氮化镓为核心制成的新一代节能光源被广泛应用在人类生活的各个领域, 奠定了当代照明和显示技术的基础。
然而, 经过近 30 年的发展, 传统的极性氮化镓材料已达到技术瓶颈, 其固有的巨大内置极化场导致了量子效率下降、绿光光隙、波峰蓝移等诸多问题, 严重制约了光电子产业的进一步发展, 人类照明技术创新升级陷入滞缓态势。同时, 伴随着大功率照明及新型显示 (3D、投影、VR 等) 技术的发展, 传统显示屏幕的短板越来越凸显, 行业技术变革呼之欲出。
为了破解这一难题, 各国科学家纷纷投入新一代光电子材料研究中。其中, 半极性氮化镓发光材料被认为是下一代照明技术的最优解决方案。自 2000 年起, 学界和产业界进行了大量的探索, 发表了上千篇论文, 全面验证了半极性氮化镓材料的优势。研究认为, 半极性氮化镓单芯片亮度理论上可以达到过去的数倍, 并能彻底解决绿光效率低、波峰蓝移、黄光等问题。然而, 如何实现该种材料的量产, 却成为了一个难题。曾研究出极性氮化镓材料的诺贝尔物理奖得主中村修二先生多年从事该领域的研究, 但一直无果。
向行业无人区拓荒 实现半极性氮化镓材料工业级量产
2014 年, 在美国耶鲁大学的一个讲座上, 耶鲁大学电子系系主任韩仲教授与耶鲁大学 MBA 的一位学生结识。这个学生名叫陈辰。他本科就读于清华大学机械系, 并曾在斯伦贝谢工作期间领衔研制了 ONYX360, 销售超数十亿美金, 获得过 E&P、World Oil 等奖项, 个人履历非常优秀。
一个是在半导体发光材料领域有着 6 年研究经验的名校教授, 一个是对新技术有着执着和创新态度的留学生, 两位年龄相差近 20 岁的师生, 因为兴趣相投一拍即合, 决定联合创业, 向行业无人区探索, 尝试实现半极性氮化镓材料的商业化和量产。
2014 年年底, 陈辰和韩仲教授创立了硬科技公司赛富乐斯 (Saphlux)。团队致力于新一代半极性氮化镓发光材料研究和技术产业化, 将其用于固态显示及未来照明。成立之初, 赛富乐斯即获得了来自真格、联创、PreAngel 及耶鲁方面的天使轮融资, 夯实了团队的创业资本。随后不久, 韩教授的学生宋杰以及韩国业界专家崔周源博士先后加入。崔周源本人曾师从诺贝尔奖得主中村修二先生, 拥有美国北卡罗来纳州立大学博士学位。宋杰毕业自北京大学, 并在 2017 年获评国家「青年千人计划」专家。
地利人和, 万事俱备。赛富乐斯的初步目标是解决大尺寸半极性材料的生产难题。按照陈辰当初的规划, 项目融资到位之后, 最迟 3 个月, 就能把产品做出来。
然而, 纯技术创业并不如预想的那样顺利, 无人区的拓荒比意料中的更为艰难。在研发的过程中, 材料的缺陷始终无法得到有效控制, 导致产品在上线前被迫下架。经过团队夜以继日的努力, 研发状况终于出现了转机。
2016 年 5 月, 在经过历时近两年的研发和测试后, 赛富乐斯无缺陷的半极性氮化镓材料正式上线。「原来的半极性材料只能做到 1 厘米 X 0.5 厘米大小, 我们实现了 2 英寸片。」研发人员拿着实验结果振奋地喊到,「新一代发光材料终于来了。」
在传统制备方式下, 半极性材料只能通过斜切体块式氮化镓来实现。这样的制备方式无法实现材料量产, 而且小片半极性氮化镓材料价格非常昂贵 (高达 2000 美元)。而赛富乐斯的技术手段不仅可以在标准的大尺寸蓝宝石衬底上直接生长半极性氮化镓, 还能直接控制晶体生长的方向和形状, 可大幅降低成本并提升产能。
同年 6 月, 赛富乐斯的研究成果正式对外公布, 全球前五的 LED 公司有 3 家开始使用其产品。另外, 苹果 Micro-LED 显示屏的供应商、大陆及台湾一些厂商也陆续下单。产品一经上线, 广受客户认可。
而在业内, 赛富乐斯的创新成果获得了一致肯定。世界半导体行业顶级期刊《复合半导体杂志》评价这一成果说:「第一代氮化镓材料的『摩尔定律』将由 Saphlux 的半极性氮化镓延续。」台湾交通大学光电系系主任郭浩中则认为:「Saphlux 的半极性外延片能够从根本上解决困扰 Micro-LED 的蓝、绿光峰移问题, 将是接下来 Micro-LED 的发展趋势。」
2017 年, 赛富乐斯团队落户到位于西安的陕西光电子集成电路先导技术研究院。利用该孵化平台的 MOCVD、电子束蒸镀机等专业化设备, 赛富乐斯的研究成果很快从实验室进入了量产阶段。2017 年 11 月, 西安赛富乐斯公司正式上线了 4 英寸 (20-21) 半极性氮化镓材料, 并从 2018 年 3 月开始规模生产及销售, 良率达到 95% 以上, 成为了全球首家可以量产工业级半极性氮化镓材料的硬科技企业。
持续发力技术迭代 致力于成为全球显示技术革命的领航者
2018 年 7 月, 在实现了大尺寸、无层错半极性氮化镓材料量产的基础上, 赛富乐斯成功点亮了半极性绿光 LED 芯片, 解决了下一代显示屏幕 MicroLED 的色彩问题, 再次得到了业界和媒体的广泛关注。2018 年中旬, 赛富乐斯又进一步开发了全彩转换技术, 独家掌握了目前最优的消费级 Micro-LED 制备方案, 确立了团队在未来显示领域的核心优势。
与此同时, 赛富乐斯还与 A 股上市公司利亚德签订了合作协议, 双方成立了「Saphlux-利亚德联合实验室」, 开展基于半极性氮化镓的 miniLED、microLED 和激光显示产品的研究及开发, 并力图通过合作项目的方式迅速推动研发成果产业化。
赛富乐斯的战略布局与当代显示产业的发展趋势和格局是相符的。根据天风证券研究报告显示, 目前全球显示技术已经处在产业化变革的临界点, 未来 3-5 年内,Micro LED、MiniLED, 便携激光投影等新型技术即将涌现。
专家分析认为, 就技术路线来说,Micro LED 产品的寿命、对比度、反应时间、能耗、可视角度、分辨率等各项指标均强于 LCD 以及 OLED, 已经被许多厂商认为是未来显示技术的主流, 其主要应用领域包括可穿戴设备、智能手机、VR、AR、大屏幕电视等等。
另据记者查阅相关资料了解, 业内诸多巨头如苹果、索尼、三星等均已开始积极布局 Micro LED 技术, 试图将该项技术商业化。包括夏普、台工研院、友达等在内的一些 LED 大厂、科研团队也纷纷秘密研发, 都要强势抢占到 Micro LED 的发展版图之中。风口之下, 竞争局势异常激烈。
此外, 与芯片行业类似,Micro LED 的市场规模非常可观。有调研机构根据测算数据表明, 当 Micro LED 在消费电子终端年出货渗透率达到 50% 时, 按照折合每片 (2 英寸片)200 元的价格计算,Micro LED 芯片市场规模将达到 3800 亿元, 潜在市场发展空间巨大。
陈辰透露说, 赛富乐斯在现有产品和技术积累的基础上, 已经和欧美、日本和台湾等地的 20 余家著名厂商开展了合作和销售, 重点发力在 Micro-LED、半导体激光器、大功率 LED 等领域。
按照团队规划, 赛富乐斯会持续加大在这场显示革命中的布局。团队未来会提供三类产品:半极性氮化镓晶元, 半极性绿光外延片, 以及基于半极性氮化镓的全彩转换 Micro-LED 解决方案。
赛富乐斯的技术创新极大地带动了相关产业的聚集和地区经济发展。随着团队完成研发, 逐步转入批量生产, 上游材料企业和下游应用企业目前正在向西安地区聚集, 未来将形成一条全新的产业链, 在不久的将来, 有望在中国西北形成一个新的消费电子产品产业集群, 助力西部大开发和一带一路政策。
「人类有超过 70% 的信息交互是通过显示技术来实现的, 我们希望通过自己的尝试, 能为人类显示和照明技术带来变革, 用创新的力量点亮世界, 推动社会文明进步。」陈辰最后如是说。(完)
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