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在晶能光電硅襯底小功率LED芯片量產(chǎn)后不久

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在晶能光電硅襯底小功率LED芯片量產(chǎn)后不久，研究再一次遇到困難，在硅襯底大功率LED芯片上，硅基圖形化技術(shù)開(kāi)始顯得“力不從心”，外延膜由于變...

在晶能光電硅襯底小功率LED芯片量產(chǎn)后不久，研究再一次遇到困難，在硅襯底大功率LED芯片上，硅基圖形化技術(shù)開(kāi)始顯得“力不從心”，外延膜由于變形導(dǎo)致龜裂的問(wèn)題再次出現(xiàn)，芯片制造技術(shù)不夠穩(wěn)定、合格率也比較低。

最困難的時(shí)候，一批留學(xué)歸來(lái)的熱血青年加入了晶能光電，以新的思路完成了硅襯底LED技術(shù)的“升級(jí)換代”，晶能光電于實(shí)現(xiàn)了硅襯底LED技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。孫錢就是這批留學(xué)歸來(lái)青年中的一位。

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“學(xué)霸”之路

初次見(jiàn)到孫錢，這個(gè)80后的大男孩沒(méi)有記者想象的意氣風(fēng)發(fā)，顰笑間略顯靦腆。

孫錢，2002年從中科大提前一年畢業(yè)，獲材料物理理學(xué)學(xué)士和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)工程學(xué)士雙學(xué)位，并榮獲中科大獎(jiǎng)郭沫若校長(zhǎng)獎(jiǎng)，同年以全系名的成績(jī)免試推薦到中科院半導(dǎo)體所讀研;2005年碩士畢業(yè)后進(jìn)入耶魯大學(xué)深造，僅用四年獲得博士學(xué)位、并榮獲耶魯工學(xué)院獎(jiǎng)Becton獎(jiǎng);2011年入選中組部國(guó)家“青年”，加入中科院蘇州納米所技術(shù)與納米仿生研究所(下稱中科院蘇州納米所)和晶能光電;2012年入選江蘇省“雙創(chuàng)人才”計(jì)劃和蘇州工業(yè)園區(qū)“金雞湖雙百人才”，2015年榮獲國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助，2016年榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng);現(xiàn)任中科院蘇州納米所研究員、博導(dǎo)，高新司“第三代半導(dǎo)體材料”項(xiàng)目總體專家組成員，兼任晶能光電研發(fā)副總裁。翻看孫錢的簡(jiǎn)歷，妥妥一部“學(xué)霸”成長(zhǎng)記。

回憶往事，這個(gè)來(lái)自南通的農(nóng)家孩子表示，最初踏進(jìn)半導(dǎo)體大門就是為了“好找工作”。2002年本科畢業(yè)時(shí)，因?yàn)榧揖潮容^貧窮，孫錢只能深埋出國(guó)進(jìn)修夢(mèng)，選擇被保送到中科院讀研。“選擇半導(dǎo)體所就是因?yàn)檫@專業(yè)畢業(yè)后好找工作，趕緊掙點(diǎn)錢，補(bǔ)貼家用。”孫錢大笑著說(shuō)。孫錢在中科院半導(dǎo)體所開(kāi)始跟隨導(dǎo)師楊輝研究員進(jìn)行氮化鎵薄膜的研究，這也為其后來(lái)踏入硅襯底LED埋下了伏筆。

一次同學(xué)聚會(huì)再次重燃了孫錢的出國(guó)夢(mèng)。“每個(gè)月有2000多美元獎(jiǎng)學(xué)金啊，在國(guó)內(nèi)全職工作也掙不到這么多嘛，留學(xué)還能掙個(gè)學(xué)歷，開(kāi)拓視野。”孫錢決定準(zhǔn)備出國(guó)，1個(gè)月考過(guò)了GRE，兩周考過(guò)托福。“如果本科時(shí)就出國(guó)肯定不會(huì)去耶魯，但當(dāng)時(shí)申請(qǐng)學(xué)校時(shí)發(fā)現(xiàn)美國(guó)0的大學(xué)只有耶魯在做氮化鎵，也就只能去耶魯了。”

在導(dǎo)師的要求下，孫錢沒(méi)有參加碩士畢業(yè)典禮，提前3個(gè)月到了耶魯開(kāi)始實(shí)驗(yàn)室工作。

小伙扛大梁

談及到硅襯底氮化鎵基LED時(shí)，骨子里的“狂妄”開(kāi)始寫在這個(gè)靦腆男孩的臉上。

“在美國(guó)，氮化鎵已經(jīng)開(kāi)始走下坡路了。”初到美國(guó)，孫錢就被博士生導(dǎo)師兜頭潑了一盆冷水。因?yàn)榫Ц袷浜蜔崾涞葐?wèn)題長(zhǎng)期無(wú)法解決，學(xué)術(shù)界已經(jīng)開(kāi)始放棄硅襯底，涌向藍(lán)寶石襯底。

但孫錢卻決定挑戰(zhàn)這個(gè)難題。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)研、查閱資料，孫錢提出了通過(guò)應(yīng)力控制來(lái)解決“龜裂”的方案。但這個(gè)方案并不被導(dǎo)師看好，“這不可能，別人做了那么久都沒(méi)有成功，你也不可能解決(龜裂)這個(gè)問(wèn)題。”但孫錢頗為偏執(zhí)，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，并在原理和機(jī)理上都獲得了很大的進(jìn)展，方案獲得初步驗(yàn)證。

“命運(yùn)早已安排，你只需要做好自己。”這句話用在孫錢身上再合適不過(guò)，2009年博士畢業(yè)時(shí)趕上美國(guó)金融危機(jī)，但當(dāng)時(shí)LED產(chǎn)業(yè)一片欣欣向榮，孫錢在權(quán)衡之下投身到這個(gè)蓬勃的產(chǎn)業(yè)。在飛利浦Lumileds和普瑞光電之間，孫錢選擇了后者，于2010年出任該公司外延研發(fā)科學(xué)家，負(fù)責(zé)大尺寸硅襯底GaN基藍(lán)光LED的研發(fā)。

憑借在耶魯?shù)牧己玫鬃雍推磩?，孫錢在普瑞光電的硅襯底LED項(xiàng)目進(jìn)展神速。不到半年，孫錢攻克了個(gè)難關(guān)，第五批外延片流片時(shí)就在硅襯底上實(shí)現(xiàn)了135流明/瓦的LED。全公司開(kāi)始對(duì)硅襯底LED熱情高漲，項(xiàng)目也從只有他一人主攻變成全公司人人參與，數(shù)據(jù)反饋周期則從最初的2-3個(gè)月縮短到3-5天;又不到半年后，孫錢及團(tuán)隊(duì)在8英寸硅襯底上實(shí)現(xiàn)了160流明/瓦的高光效GaN基LED。普瑞光電用這項(xiàng)技術(shù)做了一只白熾燈泡拿去與日本東芝談判，最終獲得逾1億美元的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)。

持續(xù)升級(jí)技術(shù)

事業(yè)漸入佳境，孫錢卻轉(zhuǎn)身回國(guó)，于2011年加入了晶能光電。“晶能光電董事長(zhǎng)伍伸俊與我在硅谷談了三次，我就決定回來(lái)加盟，任職研發(fā)副總裁。”談及回國(guó)時(shí)，孫錢笑著說(shuō)，“出國(guó)了我才發(fā)現(xiàn)我還真的挺愛(ài)國(guó)的。回來(lái)也是出于另外一個(gè)私心，作為獨(dú)生子女，我不想父母隨我受離鄉(xiāng)之苦，這對(duì)他們平。”

回國(guó)加入晶能光電后，孫錢再次對(duì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新升級(jí)、多次迭代，成功研制出高光效的大尺寸硅襯底GaN基LED外延片。“采用AlN/Al1-xGaxN等應(yīng)力控制層來(lái)解決裂紋問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的硅上氮化鎵薄膜和高亮度LED外延片。”孫錢介紹，“AlN/Al1-xGaxN應(yīng)力控制層是有效利用GaN與Al(Ga)N之間的晶格失配在材料的高溫生長(zhǎng)過(guò)程中故意積累足夠高的壓應(yīng)力，并以此來(lái)抵消材料生長(zhǎng)完畢后降溫過(guò)程中因熱膨脹系數(shù)的失配而產(chǎn)生的張應(yīng)力，從而避免裂紋的產(chǎn)生，而且生成的外延片很平整。”憑借該項(xiàng)技術(shù)，晶能光電成功實(shí)現(xiàn)了2英寸和4英寸硅襯底氮化鎵大功率LED芯片的量產(chǎn)。

孫錢等人的貢獻(xiàn)在于：構(gòu)建了完整的技術(shù)鏈，實(shí)現(xiàn)了硅基氮化鎵從材料外延生長(zhǎng)到LED芯片工藝、結(jié)構(gòu)制備、封裝應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品升級(jí)換代，使得材料質(zhì)量、器件性能及可靠性、產(chǎn)品合格率及市場(chǎng)開(kāi)拓都有了大幅度提升。2012年11月，國(guó)際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟(ISA)發(fā)布“半導(dǎo)體照明2012年度新聞”，晶能光電作為“家量產(chǎn)硅襯底大功率LED芯片的公司”入選，二，這正是國(guó)內(nèi)外LED領(lǐng)域?qū)枰r底氮化鎵基大功率LED的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化成果的高度肯定。

從懵懵懂懂踏進(jìn)半導(dǎo)體的大門，到干一行愛(ài)一行，孫錢十余年來(lái)一直從事寬禁帶半導(dǎo)體GaN材料生長(zhǎng)及器件制備研究。對(duì)此，孫錢表示，“我兒時(shí)的夢(mèng)想是成為一名杰出的科學(xué)家，在逐夢(mèng)的征程上，無(wú)論順境逆境，不忘初心。”

“改變了目前日本日亞公司壟斷藍(lán)寶石襯底和美國(guó)CREE公司壟斷碳化硅襯底LED照明芯片技術(shù)的局面，形成了藍(lán)寶石、碳化硅、硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。”這是十年前國(guó)家863專家組對(duì)硅襯底LED項(xiàng)目作出的評(píng)價(jià)。江風(fēng)益和孫錢在接受采訪時(shí)也都強(qiáng)調(diào)，基于各自的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用領(lǐng)域不同，硅襯底肯定不會(huì)取代另外兩條路線，將來(lái)的業(yè)態(tài)是三種技術(shù)路線并存。

從技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化角度而言，有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家在接受采訪時(shí)表示，“該項(xiàng)技術(shù)的更重大意義在于：從高校創(chuàng)新到與產(chǎn)業(yè)資本合力，硅襯底LED項(xiàng)目不僅推動(dòng)了技術(shù)鏈的創(chuàng)新，而且還同時(shí)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，這是一條非常漂亮的創(chuàng)新鏈條，或許是產(chǎn)學(xué)研的有效創(chuàng)新模式。”江風(fēng)益一開(kāi)始就突破常規(guī)，將研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化緊密結(jié)合在了一起，2005年實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品完成后，江風(fēng)益就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)于2006年成立了晶能光電，并引入金沙江創(chuàng)投等產(chǎn)業(yè)資本，開(kāi)啟了一邊出產(chǎn)品、一邊研發(fā)和改進(jìn)性能的產(chǎn)業(yè)化征程。

產(chǎn)業(yè)鼎足之勢(shì)將立，老少兩代人的格局也不曾止步于榮譽(yù)，其各自開(kāi)創(chuàng)的硅襯底技術(shù)路線也在不斷發(fā)展、升級(jí)。“科研成果是思想和技術(shù)的多次碰撞結(jié)果，一個(gè)思想出來(lái)了，實(shí)施中如果技術(shù)沒(méi)有優(yōu)化就可能得出此路不通的結(jié)論，而任何一個(gè)技術(shù)不匹配都可能導(dǎo)致失敗，好的思想+好的技術(shù)才能成功。”江風(fēng)益在接受采訪時(shí)感慨：“硅襯底LED還處于嬰兒期，團(tuán)隊(duì)后續(xù)的研究也證實(shí)，其優(yōu)化后的硅基圖形化技術(shù)非常適合大功率LED外延生長(zhǎng)與芯片制造，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大功率器件的實(shí)驗(yàn)室量產(chǎn)，即將進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化;接下來(lái)還將研發(fā)綠光、黃光LED，未來(lái)的目標(biāo)是不需要熒光粉激發(fā)，到2020年直接實(shí)現(xiàn)99%硅襯底LED發(fā)光。”