半导体照明前10年回顾和未来展望
Roland Haitz1Jeffrey Y. Tsao2 著周太明3译
（1.美国加州波托拉谷阿代尔路25号；2 .美国桑迪亚国家实验室 物理、化学和纳米科学中心，新墨西哥州, e-mail jytsao@https://www.doczj.com/doc/ad11952024.html,；3.复旦大学电光源研究所，上海200433）
[编者按] 1999年Haitz等4位半导体物理学家撰写的白皮书以战略眼光预言LED将在通用照明中发挥巨大作用。2010年Haitz等在本文中回顾了半导体照明前10年的进展；对为何要进行半导体照明革命，以及取得这场革命胜利有哪些决定性因素，我们应该做哪些努力，做了非常详尽的分析；在对技术和市场进行科学论证的基础上预言了今后10～20年的发展前景，并高瞻远瞩地断言，半导体照明革命将取得最终的胜利！我们将这篇好文章推荐给读者，希望对大家进一步加深对半导体照明的认识有所帮助。
摘要：10年前，题为“关于国家半导体照明研究规划的情况分析”的白皮书概述了半导体发光二极管（LEDs）用于通用照明的前景和潜能。此后，在被重新更名为固态照明（SSL）这一领域的投资得到加速，而且已经取得很大进展，但并不都是沿着当时预见的方向。本文中，白皮书原来4位作者中的两位，对白皮书的得失作了评述，同时使原来的白皮书作为补充的网络材料而如档案般具有利用价值。最后，对未来10～20年的发展做了新的预测。
关键词：Haitz定律照明发光二极管固态照明颠覆性的创新理念
Solid-state lighting: “The case”10 years after
and future prospects
Roland Haitz1Jeffrey Y. Tsao2 Translated by Taiming Zhou3
Phys. Status SolidiA 208, No. 1, 17–29 (2011)
（1.25 Adair Lane, Portola Valley, USA；2 .Physical, Chemical and Nano Sciences Center, Sandia National Laboratories, Albuquerque, USA；3.Fudan University，Shanghai 200433）Abstract：Ten years ago, a white paper titled ‘‘The Case for a National Research Program on Semiconductor Lighting’’ outlined the promise and potential of semiconductor light-emitting diodes (LEDs) for general illumination. Since then, investments in the now-renamed field of
solid-state lighting (SSL) have accelerated and considerable progress has been made, not always
in the directions envisioned at the time. In this paper, two of the original four authors comment on the white paper’s hits and misses, while making the original white paper available archivally as supplemental online material. Finally, we make new predictions for the coming 10–20 years. Keywords：Haitz’ Law, lighting, light emitting diodes, solid-state lighting, disruptive innovation 引言
10年前，来自Hewlett-Packard/Lumileds和Sandia 国家实验室的4位作者撰写了题为“关于国家半导体照明研究规划的情况分析”的白皮书[1]。这份白皮书第1次以综合分析的方式概述了半导体发光二极管（LEDs）用于通用照明的前景和潜能#1。该白皮书的发表在世界范围内----------------------------------------------
注#1.在美国和日本“固态照明”（SSL）一词通常被用于描述这一领域，如同1950和1960年代通常用“固态电子学”来描述基于半导体晶体管的技术，它们取代了真空电子管。另外，也有其他用词，例如韩国、俄罗斯和德国采用“LED照明”，中国则称为“半导体照明”。本文中，我们可能会交替采用各种说法。
激发了不少政府和工业界对这项技术的热情和投资。
该白皮书第1次发表于1999年10月6日在华盛顿举行的光电子产业发展联盟（OIDA联盟）年度论坛上，听众仅限于OIDA的成员以及国防部高级研究计划局（DARPA）和能源部（DOE）的代表。详细地作为战略学向公众发表则是在Light 2000会议上，这是由Strategies Unlimited[2]所组织的系列年会的第1次会议。白皮书从未在杂志上刊载，直到现在也只能到OIDA和Sandia 国家实验室的网站去访问（这里提供1个帮助信息：可到https://www.doczj.com/doc/ad11952024.html,网站在线查询）。
自此之后已经取得很大的进展[3]，时至今日大概很少有人还会怀疑半导体（LEDs）最终将取代火油灯、白炽灯、荧光灯和高强度放电灯等传统光源用于通用照明[4]。广义而言，原来白皮书的预言已经得到证实。
然而，通过进一步考察，我们发现所取得的进展并非都是沿着白皮书所预见的方向。究其原因，一方面是由于预测未来本来就是很难的事；另一方面则是由于我们4位作者都是从事半导体产业的，知识背景比较狭窄，缺少更广阔的洞察能力。我们4人当时对于照明应用要求（如光色控制、光通量和光色的稳定性、显色性和照明标准）的理解充其量也只能算是比较肤浅的。
撰写本文的我们俩人依然在从事SSL的研究工作，通过10年的努力，我们对固态照明有了更清楚的认识，因而有能力对原来的白皮书进行评述。我们讨论白皮书正确预测的发展趋势，也要讨论它错误预测的那些问题，并且还将对今后10～20年的发展做出一系列预测。我们想借此机会使原来的白皮书作为本文的补充网络材料而如档案般具有利用价值。
1 红色LED指引了方向：Haitz定律
白皮书的核心内容是预测在具有130年历史的电气照明业界将要发生的革命，该业界要消耗全球能量的6.5%。这样的预测面临很多挑战：
第1个挑战就是预测必须要考虑到原有的照明技术可能会有的进步。1995年由EPRI倡议所写的评论[5]推断：现存的所有照明技术的提高都面临着基本物理原理的限制。例如白炽灯的光效由于受到黑体辐射定律的限制，在近1个世纪的时间里实际上没有多大提高。2800K 的灯丝95%的辐射能量都是在红外区，光谱的可见部分仅有5%。卤钨灯通过升高灯丝的温度使可见辐射效率提高到约7%。其他照明技术的光效也面临着类似问题，从而使得在可以预见的未来它们的提高也将是很有限的。
第2个挑战是预测必须考虑到更长远的未来—至少20年，因为1999年时我们认为SSL在不到15年的期间内将不会有很重大的进展（见参考文献[1]的表4和表5）。1999年时SSL灯的价钱比白炽灯高出3个数量级，这还没有将电源转换器及灯头、灯壳的费用考虑进去。再者，预测必须建立在历史数据、所应用技术的现状和它们的科学根据的基础之上。只有这样，预测才能使全球的工业界和政府相信，从而在开始的10年里进行重大的投资。
为了对未来的20年进行可靠的预测，我们需要回顾历史，进行比较分析。所幸的是我们当中的1位（即Roland Haitz）已经收集了LED技术的有关历史数据，尤其是从1968年起就已商用的红色LED的技术数据。这些数据使得我们能够制作图表（参考文献[1]的图4）对两个量的历史演变情况进行分析：给定年份商用的最大功率的红色LED的光通量（以lm/lamp—流明/灯为单位）；大量采购LED器件时原始设备制造商（OEM）所提供的光的价格（以$/lm—美元/流明为单位），自那时起该图表就被称为“Haitz 定律”。
1.1 1999年时的性能和发展趋势
图表显示的30年来商用LED性能的历史和它蕴含的LED与白炽灯未来竞争的潜能可以
归纳如下。
首先，1999年时最好的红色和黄色LED的lm/lamp值约为40lm/lamp，比典型的60W白炽灯的1 klm/lamp的数值小25倍。将此数值和趋势线结合在一起看，LED的lm/lamp值在10年之内有可能达到与60W白炽灯相竞争的水平。
其次，1999年时批量LED的价格是$0.1/lm (即100美元/千流明)，比白炽灯零售价高200倍。如果LED当灯泡来用，还需要将市电110/220V转换成低压的变换器、热沉，以及灯头等，这样价格还要更高。倘若再将批发和零售渠道的加价计算上去，总体来说在1999年时LED
灯的价格要比白炽灯高出3～4个数量级，对LED灯的应用是一个很大障碍。从红色LED趋势线可以期望LED价格每10年降低10倍，这当然是很有意义的；但是如果没有运转费用降低的帮助，这样的降价速度还是太慢了（见第2部分的讨论）。
换言之，在10年之内LED灯的lm/lamp值是在与白炽灯竞争的过程中；而LED灯的$/lm 值要想与白炽灯的值竞争，一定要通过减少能耗从而降低运转费用才有可能。
1.2 2003 年和 2010年的补充材料以及发展趋势
自1999年起 Haitz 定律的曲线已被定期更新。
2003年，进行了第1次重要的修正。由于不能为文献资料所支持，两个点被删除掉了；根据文献资料，又加入了几个新的点。此外我们除掉了1999年黄色LED的lm/lamp值的点，以免造成混乱；另外又添加了1999～2003年红色LED的lm/lamp值的点。所得到的新图表于2003年出版，如参考文献[6]的图5所示，表示红色LED35年lm/lamp的数据和30年$/lm的数据。红色LED的lm/lamp值的趋势线的斜率,从1999年的30倍/10年改变为2003年的20倍/10年；而$/lm值的趋势线的斜率维持不变，仍为-10倍/10年。
2003年对红色LED已经建立起一套完整的数据和趋势曲线。Haitz[6]提出理由证明：从红色LED的性能应该能够很好地预测白光LED。他的论据基于下列理由：（a）人眼对红光的灵敏度接近人眼对绿光和蓝光灵敏度的平均值;（b）红光功率约为白光功率的一半。这样说不是很科学，但是就像将第1批冷白光的lm/lamp和$/lm的数据叠加在红光LED数据上所显示的那样[6]，红光LED有可能很好地预言白光LED的趋势。
图1是最近的曲线，是在2010年早些时候得到的。白光LED的数据点（白色的三角形）画在通过红光LED数据点（红色的菱形，三角形，圆圈和方块）所画的趋势线的上方。注意，这里白光的数据是针对现今最常用的蓝光芯片加荧光粉所制造出的色温为5000～8000K的
冷白光而言，只是在2005年之后暖白光才引起商业兴趣。对将来的比较，在暖白光LED的光通量和价格等方面可以与冷白光LED相比较之前，我们只采用冷白光LED的数据。
请注意，尽管对白光LED的lm/lamp数据的数量级可以由红色LED的趋势线来加以预测，但是lm/lamp数据的增长已经更快。从图1可见，第1批白光LED灯在2000年时为10lm/lamp，要比红色LED的趋势线小2倍；然而很快，最好的白光LED灯的lm/lamp赶上并超过了红色LED的趋势线。如参考文献[6]所预言的那样，到2010年时白光LED灯的lm/lamp值高出红色LED的趋势线20倍。
这一斜率的变化是真的吗？在感觉上答案可说是，然而在另一方面又不是。对于这一点我们将在1.3节予以说明。
图1 (https://www.doczj.com/doc/ad11952024.html,)Haitz定律的图显示了两套数据。lm/lamp的这套数据給出在1968～2010年能够商购的红色和冷白光LED灯的最高光通量。每流明OEM价格的那些数据则给出1973～2010年有商品供给的红色和冷白光LED灯的每流明光的最低价格。lm/lamp这套数据和每流明光价格的那些数据可能是对同样的灯，也可能是对不同的灯。这两条趋势线都是以红色LED数据为基础，而以白光LED数据叠加在红色LED趋势线上。红色LED趋势线上不同的符号是相应于不同的红色材料技术，这些材料在图的底部已加以说明。
1.3 Haitz 定律和 Moore定律的比较
在进一步深入讨论之前，我们应该就Haitz 定律和 Moore定律两者之间常见的一些类似点进行一番评论。
一方面，两个定律都预示了可量度的技术参量在一段时间内稳定而急速的变化。另一方面，这两个定律并非物理意义上的定律，但是它们非常简明地反映了下面二者间含蓄的相互促进关系：具有前景的新兴市场推动了技术进步；由于技术进步推进了新兴市场的开辟。两个定律各自对应的技术和市场则给予它们不同的限制。
对于Moore定律#2和固态电子学，上述的相互促进关系已经得到很好的证明。前景良好的计算机运作市场的扩张需求驱动了技术投资，使得单个芯片上的晶体管数目增加；而单个芯片上的晶体管数目增加使得计算机运作成本得以降低，又使得市场需求进一步得到激活。
究竟是哪个因素决定了进程的速率，是单个芯片上的晶体管数目，还是市场需求？实际上，对于低成本、高计算机运作能力的需求是没有极限的。近50年来半导体业界一直在采用两种方法努力增加单个芯片上的晶体管数目：减小晶体管的尺寸，减少瑕疵的数目。晶体管的尺寸小了，就能在单位面积上生成更多的晶体管；瑕疵少可靠性提高，就能经济地生产大尺寸的外延片。此外，计算机运作时能耗减少也是很重要的。小晶体管的寄生电容小，可以工作在更低的电压，因而减少了每个脉冲周期的能耗。由于持续减小晶体管的尺寸总是有限制的，因而在每一代新技术出现时总会以为Moore定律将不再成立。但是直到现在晶体管的尺寸已经小到32nm, Moore定律依然很好成立。实际上其最终的极限可能由硅原子的尺寸所决定。
对Haitz定律和SSL也有与上述类似的相互促进关系，但是带有不同的边界条件和最终的限制，它们受技术和市场需求的影响。
Haitz定律在过去10年里得到了发展，它反映了LED从小的信号指示光源到功率型的灯的转换。一方面我们看到由于光效和功率的增加，单灯的光通量从1999年的10lm增加到至2010年的6 klm；另一方面冷白光LED灯每千流明的成本从2000年的150美元降到2010年的5美元。成本大幅降低背后的推动力来自于光效的提高、单颗封装功率的增加、更大的芯片、更好的产品和更大量的销售等。
与计算机运作不同，对SSL的应用需求目前是由现存的照明技术来完成的，但是后者能耗较高。SSL只有在低得多的能耗下能获得现今照明技术同样品质的光通量，才能动摇根深蒂固的传统照明的地位。为达此目的，我们需要功率型的LED灯，它们的光通量在0.1～10 klm 范围，光效达150～200lm/W。
最大光效的极限值：输入的电功率转化为光功率的效率不可能超过100%；在考虑了人眼对不同波长光的响应之后，如全部电能都转换成可见光，能获得的最大光效为400lm/W（译者注：假定输入的电能全部转换成400～700nm等能量白光，所能获得的光效是240lm/W，色温为5400K，显色指数Ra=95。考虑到通用照明对显色性有较高的要求，译者认为白光的光效将不会超过300lm/W。本文作者在后面3.3节中也说在接近250～300lm/W时光效将饱和）。根据热力学第一定律，光电转换效率会受到限制。在现今的这10年间转换效率的增加将渐趋平缓（详见第3节的预测部分）。这样，能耗将会随光通量而成比例增加。但是Moore 定律并无此限制，每次计算机运作的能耗将持续地减少。
光通量的要求是有限的：照明应用所要求的光通量通常都可以由现在的传统照明技术来提供，要求SSL能产生比其更大的光通量，并非人们所欢迎（太亮会使人眼花瞭乱，产生眩光和光污染），而且代价太高（见上面对转换限制所做的评说）。对居住区和商业照明最合---------------------
注#2, 我们注意到与Haitz定律不同，Moore定律没有明确提出价格问题。但是我们清楚地认识到：在过去的30年中，计算机运作的价格以每年70%的巨大幅度下降，其背后的推手一直是Moore定律。随着对计算能力持续增强并且价格稳定下降的要求，Moore定律还没有面临可预见的应用限制。
宜的光通量范围分别是300～3000lm和1～30 klm#3。即使对诸如体育场高清电视转播这类最苛求的应用，也只要求10～20Mlm的光通量。可采用10～50 klm的LED模组替代180 klm的金属卤化物灯来有效实现这类照明，只是代价较高。
考虑到这些限制，我们预见到Haitz定律中对光通量的要求将很快达到。通过将光通量较小的灯用在SSL市场中合宜的部分，灯的lm/lamp性能要求将仅与建立其‘‘显耀的权力’’有关。Moore定律也不受这样的限制：在未来的几十年内，对更强的计算机运作的要求将依然如故。
2 要想赢得一场革命需要做些什么？
在过去的两千年间，人类社会经历了许多次不是很有经验的革命，有些革命无疑取得了很大的成功，有些不能算很成功，而有些则是完全失败了。即使对一些范围很小的技术革命，其结果也是如此。究竟有哪些必要且充分的因素决定着技术革命的命运呢？
最通常的要素是对使用者有益。这一有益之处可从其性能、价格、方便和环境等因素来加以衡量。但是，由下面的两个例子可以看到，只是有益还是不够的。革命要想取得成功至少还需两个附加的要素[7]：（1）要有跳跃发展的市场，促进金融投资，并促进革新制造流程以使产品达到要求的性能；（2）.作为被革命所攻击目标的技术必须是熟透的，或者它无力对攻击做出及时的、勉强的反应。
汽车和半导体晶体管是两个革命成功的例子。
汽车比马车有如下的优点：速度快，行程长，易维护，瞬间就能启用，而且污染减少（每公里的CO2排放量与每哩的马粪相比）。此外，因有足够的时间建设道路、加油站和维护设施，从而使运输成本降低。自Henry Ford的发明之后，汽车能够完成以前马车所能做的任何任务，而且做得更好、更快、更便宜、更方便。经过几百年驯化的马已经很成熟了，不可能变得更健壮，跑得更快，从而能够超过汽车，因而现在马车已经移作他用：在巴伐利亚乡间送啤酒，在伦敦参与皇室游行，在旅游热点供游客怀旧，以及在阿们宗派国家里供日常使用。
与真空电子管相比，半导体晶体管有如下的优点：尺寸小、能耗低、寿命长、在计算机中占有的内存大等等。真空电子管在这些指标方面发展的速度几乎（但不完全）像马车自身指标发展的速度一样慢。真空电子管的体积在50年内从300ml缩小到10ml，此步幅相当于在50年内线性尺寸减小了3倍。真空电子管代表了一种成熟的技术，很少有机会再提高它们的性能。与之相反，在Moore定律初期的那段时间里，晶体管的线度每6年减小3倍，而且50年后依然维持这样的步幅。去除热阴极的高功耗（2W）、玻璃管和相应的压封、灯头，以及解决短寿命等问题之后，在晶体管发明10年后不久就注定了真空电子管死亡的命运。真空电子管棺盖上的最后一颗钉子则是晶体管的集成化：最初是在单个芯片上生成几个晶体管，然后是成千个，现在已经大于100M个。真空电子管扮演着一个无防备能力的角色，给晶体管以足够的时间来赢得竞赛的胜利；而且晶体管实际上具有无数的跳跃式的应用市场，其中绝大多数应用真空电子管是无法实现的。在晶体管20周年之际，它与真空电子管的战斗已经结束了。现今，真空电子管只是用于日常生活中的一些特殊场合，如磁控管用在微波炉中，大功率管用于AM 和 FM无线电发射机中等等。
GaAs集成电路和场发射显示（field emission display (FED)）是两个取得部分成功（或失败）的例子。
GaAs 或与其类似的III–V化合物作为晶体管材料优于硅，就如同硅优于锗一样。由于GaAs对温度不如硅敏感，而且速度更快，所以GaAs被期望用来替代硅，就像用硅已经取代了锗一样。尽管GaAs晶体管总是处于性能的前列，但是大多数情况下3～5年后硅晶体管也可达到同样“足够”好的性能，而且价格比GaAs便宜得多。因此，GaAs经过50年和无数次的--------------------
注#3. 如果照明要求对光的配置进行时间和空间上的控制，而采用很多较低光通量的灯分散在空间的方式可以更容易实现这样的控制，人们就会觉得没必要采用光通量非常大的灯了。
跳跃发展才最终完成它的革命；然而硅是一个很灵活的靶子，并没有被完全打败。物理学定律阻止硅在下列场合应用：以极低的噪声、极高的速度和极大的功率产生光和有效的晶体管性能，除此之外硅还是很好的材料；而在上个世纪60年代早期的认识也依然成立：“GaAs过去总是，现在总是，将来也总是半导体材料。”
FED比有源液晶显示（LCD）屏优越之处在于它有较高的视觉质量，而且有文献证明其制造工艺简单，从而降低了成本。电视机和计算机的显示器从19世纪一开始就采用阴极射线管（CRTs），这是1个珍贵的玻璃器件。30年前，小型LCD开始进入计算机显示领域，由于体积小、功耗低，很快就在便携式计算机中占据主导地位，这是进入更大的平板显示器的重要跳板。大约在1990年，1种新的平板显示技术FED由硅谷初期的Candescent公司开发出来。Candescent公司以Hewlett-Packard (HP)公司作为它的主要投资者和最大的潜在客户。该公司的FED能够与CRT的视觉性能相匹配，胜过LCD。既然FED的制造技术是建成在LCD更为成熟的生产工艺流程之上，HP坚持要求Candescent引进一家领先的LCD制造商作为合伙者。这一精明的要求是基于FED缺少能够保证这一技术得以逐渐发展的跳跃式发展的市场。在快速成长的笔记本电脑市场，FED从一开始毫无疑问就遇到与LCD的价格竞争。Candescent第1个 FED工厂规模很小：现今第9代LCD生产设备和工厂设计在1999年时耗费约10～15亿美元，没有哪家领先的LCD制造商愿意为FED这一技术风险签约，而且这一技术将和他们已花费巨大投资的LCD直接竞争。没有顶级制造LCD合作者的工艺流程的诀窍，任何被迫单干的方式注定要失败，2000年左右HP退出经营，Candescent成为硅谷历史上投资耗费最大的失败者。尽管FED在技术上不成问题，但预期的这场显示技术革命还是未能成功，而且大约6～7亿美金的投资化为灰烬，作为美好的10年时光和艰苦努力的剩余价值，最后只是将二手设备和一堆最可能有用的专利拍卖掉。这场革命失败的根本原因是FED缺少跳跃式发展的市场，而LCD技术又十分灵活。
现在我们转过头来研究照明。在白皮书[1]中所作的提议概述了针对根深蒂固、强大的传统照明产业的一场革命，传统照明的产品包括白炽灯以及它的衍生品卤钨灯、荧光灯和高强度放电（HID）灯。在构想这一提议时，遇到大量的困难问题。SSL能够满足或超过根深蒂固的传统照明所设定的性能和价格的要求吗？在满足要求的过程中根深蒂固的传统照明将如何灵活表现呢？我们是否有时间和跳板去筹集资金进行SSL的基础建设以达到与传统照
明竞争的水平？抑或在SSL起飞之前就被镇压掉了。1999年时我们只有白色灯的雏形，光通量只有10lm；除了有希望之外，其他什么也没有。是否这是构成了1个虚假的幻想，或是在修建1个核心的基础呢？SSL将成为像硅晶体管一样的成功案例，或者如GaAs 那样仅仅是部分成功？我们当时对SSL打败白炽灯和卤钨灯有信心，因为它们的能量转换效率都很低。但是对余下的技术，尤其是荧光灯将面临的更大的挑战，要战胜这些技术，SSL的光效必须达到150～200 lm/W，零售价低于$5 /klm。为实现这些指标，需要在接下去的10年中投资数十亿美元用于研发和形成生产能力。
照明业界的领导、能源经济学家、大学的研究人员和政府的投资机构都十分清楚，传统光源技术有1个致命弱点：白炽灯将电转换成可见光的效率只有5%，荧光灯也仅28%。这样低的效率似乎为光源效率的提高留下了很大的空间。然而，EPRI1995年对该产业所作的广泛研究[5]得出这样的结论：在可以预见的未来，没有哪一种传统光源技术的转换效率能有重大的飞跃。这给了人们1个启示：就如同马车和真空电子管一样，传统光源技术也是一个容易被攻破的目标。
1999年时，红光LED的光效有了引人注目的改进，LED和激光LED在红外和光谱的红色区域的转换效率已经达到50%～60%。假如SSL能够在整个可见光区达到这样的性能，那么具有大于50%转换效率的光源看来是有可能实现的。光源的光效增加1倍或两倍将使照明的能耗减少50%～75%；这样，仅在美国就可少发电30～45GW。1999年这一认识在全世界引
起了共鸣！
但是实际上，更高的效率仅仅是照明革命成功所需的判据之一，只有它还是不够的。让我们来看看革命成功需要的其他的一些性能要求和投资准则。如果没有能被接受的价格和光的质量，即使最有效的光源也找不到买主。SSL光源的价格必须足够低，以使用户在合理的使用期内通过节能来补偿其与传统光源的价差。光的质量必须满足现今通常采用的光色标准，而且光色在光源额定的寿命期内保持稳定。SSL光源的寿命必须满足或超过最好的传统光源。这些条件代表了成功所需要的另外一些附加的必要条件，然而还是不够充分的。我们还需要由跳跃式市场机会和坚定的投资者所建立起来的R&D资源。
在已经满足所有的这些判据之后，仍然留下了一个简单的问题：有无可能已经确定了霸主地位的传统照明业界会将处于襁褓之中的SSL技术压垮呢？这个问题只能婉转地加以
回答。SSL可以有两条出路：SSL可以说服传统照明业界，使其相信加入这一革命行列才是它们自身最大的利益所在；或者SSL业界必须有足够的资本以建立自身的基础设施和市场渠道等，最后摧毁传统照明。第一条路取决于SSL的品质；另一条路则要求SSL能成功地获得资源去单干。迄今为止，SSL业界已经能够挥舞获胜的双手了。它开发了一系列单色和白光的跳跃式的应用领域，在交通信号灯、汽车尾灯和装饰景观照明等方面与传统照明的战斗中均获得胜利。2010年前后，遭受像FED那样失败命运的威胁已经一去不复返，传统照明业界已经决定加入这场革命。剩下的唯一问题是：SSL将像晶体管取代电子管那样取得完全的成功；还是仅仅取得部分成功，传统照明仍然占据实质性的市场份额，而并没有被送进博物馆？
在下面的4个小节中，将对光效、价格、光的品质和生成足够的R&D资源等方面进行详细考察。我们还将指明重要的跳板，以及在对这个相当大的、并且具有风险的投资建立信心方面的心理因素。根据我们在2010年的洞察，可以说这些所需的判据已经或将在这个10年的末期得到满足。通过这些考察，再结合第3节中将要讨论的对未来的展望，给了我们信心：SSL已经具备了满足这些必要而充分判据的力量，将如同晶体管革命那样去赢得这场照明革命的胜利！
2.1 光效的改善：对荧光粉转换型LED灯的重新认识
1999年时商用的白光LED灯都是通过采用蓝光LED激发荧光粉来实现的。这些灯的光通量低于3 lm/lamp；光呈蓝白色，且光色一致性差；另外在不同的方向上光色有很大的差异。采用红、绿、蓝LED混光来制成白光LED灯在当时只是工程雏形，或者是早期试制的器件，主要是作为传播媒介用来显示采用SSL可以实现很大的颜色区域。根据参考文献[1]的图2的光效，1999年时混色方法制成的RGB灯的光通量为20 lm，但是这样的RGB灯并不满足我们作为商品的定义，所以不能作为参考文献[1]的图4中的数据点。
尽管如此，通常还是认为采用混色的方法来做白光灯要比采用荧光粉的方法好。这是因为采用荧光粉的方法时，由于将蓝光转换成更长的波长时的Stokes位移，会产生20%～25%的能量损失。实际上我们认为在当时对于在3～100lm/lamp范围的这类小光通量的应用而言，Stokes位移造成的这点能量损失是可以容忍的。对于这类应用，一个蓝光激发的封装就足够了，而RGB多芯片及其封装的成本则太高了。但是对于大于100 lm/lamp的应用，我们觉得需要采用多芯片封装，因为我们认为Stokes损失可能有很大影响。
然而迄今为止事实证明我们错了：荧光粉转换型的白光LED灯（译注：以下简称PC-LED 灯）持续占据着统治地位，被认为是比混光方式更好的产生白光LED灯的方法。对此至少有下面5方面的理由：
首先，在可见区效率的改进是不平衡的。比较参考文献[1]的图5的数据，自1999年以来，在85℃时，激发荧光粉用的蓝光LED的效率提高了5倍，而红光、黄光和绿光LED的效率只提高了2～3倍。
其次，大功率封装的发展速度比预想的更快，技术更有用，采用单颗LED灯可以很容易
地获得1klm的光。尤其是采用2×2mm2的芯片的冷白光PC-LED灯可以工作于10W，光效达100lm/W，产生1klm的光通量，寿命50 000h。如果寿命只要3 000h，该灯可以工作于25W，产生2klm的光。事实上，将4个3×3mm2的芯片紧贴着封装在一起，可以将输入功率增加到100W，产生6klm的光，而且寿命还可达到50 000h。根据后面将要讨论的光效的改善，这一技术可以很容易地扩展到需要20klm和3 000h的照明应用。
再则，我们认识到白光LED灯颜色稳定是很重要的。人的视觉系统对于白光的色品正确与否是极其敏感的。对将4～6种单色LED进行混光所获得的白光LED灯，要想使其光色不随温度而变，就需要考虑这4～6种单色LED对温度不同的依赖关系。这样就要求有4～6个独立可控的反馈回路和驱动电路。激发用的蓝光LED和转换的荧光粉远不像红光和黄光LED那样对温度敏感。此外，蓝光LED和所用的荧光粉在100℃以上的高温下可以很好地工作。这些特性使得我们可以设计出这样的PC-LED白光灯，即使对大范围高容量的应用，在允许的温度范围内光色和光输出能维持稳定。原来的作者对这些照明要求的理解不够，因此造成失察。
还有，传统照明技术并不需要协调色调，因而对于这些性能没有强烈的迫切要求。固态照明的供应商依然在为光通量、价格和光的质量等要求而奋斗；使用者通常则是关注于“最适当的、足够好的白光”的解决方案。
最后，覆盖绿-红波长范围的优质荧光粉已经开发成功，它们的内量子效率极高，而且具有很好的热和环境稳定性。这些荧光粉中的某些粉价格还是不便宜的，部分原因是要付营业许可费用，部分原因是由于分期偿还开发费用。然而，与荧光灯和紧凑型荧光灯相比，PC-LED所用的粉量是非常少的。因此如果考虑到其他技术的费用的话，荧光粉在SSL灯的全部成本中所占的比例或许可以忽略不计。
现今PC-LED已经普遍使用，而混色白光LED则被用于要求实时色品调节的特殊市场。而且在今后的一段时间也会是如此。不过我们必须强调，对更长远将来的情形目前尚不清楚。现今的混色白光LED的缺点之一是反馈回路复杂且价格高；然而如果色品数字控制成为灯一个重要性能要求的话，采用混色的方式反倒有优势了。此外，尽管现在反馈回路的实现代价太高，但是将来或许并非如此。由于$/lm持续下降，当降到某一程度时与运转费用相比灯的价格已经不重要了。那时照明业界将希望灯能增加一些新的性能，从而由灯的身上获得更多的利润。色品控制可能就是一个这样的性能（见2.3节）。
2.2 价格降低：非照明应用在开路
早期冷白光LED灯每流明的价格在图1红光LED趋势线上方，是红光LED价格的2～3倍。价格这样贵是不奇怪的。在2000～2006年期间，白光灯首先遇到市场对其光色质量的要求：控制，稳定性和显色性。相关的测试使产量受到影响，从而增加了成本。然而在最近3年，每流明的价格已经降低，并向下穿过了红光LED趋势线。考虑到红光LED的价格由于汽车市场的大量需求已在下降，所以白光LED价格的如此快的下降是很引人注目的。那么白光LED 是怎么在这样短的时间内在$/lm指标上赶上红光LED的呢？
在白皮书[1]中，我们概述了早期的白光LED灯和已经根深蒂固的传统灯泡之间的价格差距；白光LED灯要想取得成功，就必须在20年内能够跟上红光LED的$/lm趋势线。只有如此，在对价格敏感的消费市场中白光LED灯低能耗的优势才能弥补它与传统灯泡之间的价格差距的不足。
要达此目标，LED业界需要对各种色光都有一系列大批量的功率型LED的应用，以为扩大的LED制造基础设施形成阶跃式发展的市场。实际上在白皮书中我们已经指出，这样的非照明应用的阶跃式市场在促使以前LED价格下降上扮演了很重要的角色。就像我们在这一节的后面将要讨论的那样，随后的非照明应用的阶跃式市场还是很重要的，继续为扩大高亮度LED的制造基础设施和降低$/lm值发挥重要作用。
1999年之前早期的阶跃式市场在白皮书中已有记述。1968年第1个阶跃式市场是文字和
数字显示以及指示灯，其后是光藕合器、光编码器、光纤收发器、血氧监视器和大屏幕显示器。大约在1994年，HP和Philips照明的联合项目开始探索LED在照明应用方面的潜能；1996年两个公司成立了合资公司Lumileds；1999年时LED用于照明的新的机遇已经被广泛认识到，HP/Lumileds和Sandia国家实验室（SNL）的研究团队开始定量评估从传统照明转换到以LED为基础的固态照明时的节能潜力。
从1999年到现在另一个新的阶跃式市场又打开了大门。新安装的交通信号灯已经都采用LED，原有的交通信号灯也在很快地被更换。汽车市场正在完全将传统的灯泡换成LED灯，包括汽车前照灯。LED已被用于大部分的室外显示和广告市场。最近几年已经看到LED被用于街道和建筑照明，这是在商业照明领域的首次应用。最先采用LED灯的消费照明产品有便携式的手电筒和照相机闪光灯等。
2010年性能指数$/lm值最低的白光LED是销往LCD背光市场的中功率灯。批量销售的100 lm灯的售价是$0.5，这就是图1中曲线上的$0.005/lm数据点。光通量为1klm的灯OEM批量的售价是上述值的两倍。与60W白炽灯光通量相当的LED灯的零售价的中间值约为$0.05/lm，它带灯头、驱动电路和散热器，能直接代替白炽灯使用。额定输出900 lm的便携式的手电筒的零售价为$70～$100。可见，要想与1klm的紧凑型荧光灯竞争去取代白炽灯，LED灯的价格依然存在高10倍的问题。尽管如此，LCD的背光市场正在迅速扩大，这似乎预示着通用照明所需要的价格下降将极有可能实现。
2.3 光的质量：那是什么？
1999年撰写白皮书[1]的4位半导体物理学家知道在LED能够接管照明世界之前必须要攻克的那些纯粹的技术问题。如同前面所讨论过的，它们是：光效、klm光通量的封装技术，而尤为重要的是价格。这三者是相互依存的，其中有一项不能满足就等同于失败。
我们也意识到其他的一些问题，诸如显色性、光色控制、光输出的稳定性以及工作寿命。我们知道LED的工作寿命比现存的任何灯泡都要长得多，所以不必顾虑这个问题。采用我们首选的产生白光的方法，即通过有效的反馈回路来控制4～6种等间隔的单色LED进行混光，被期望能够解决三色平衡的问题。在能够生成10M晶体管的硅芯片和kW级控制器的年代，6通道的反馈控制回路看起来只是个小困难问题。
但是在2.1节中讨论的问题却打乱了我们光色控制的谋略。当时产业界还没有如期望的那样能够解决黄-绿光光效的缺陷；采用蓝光LED芯片激发荧光粉成了生成白光的主流。控制光色的竞赛从软件方案变为令人头痛的硬件问题。现在LED的制造厂商必须要选择窄的激发波长，使其与特别的荧光粉的混合体相匹配，以获得所要求的光色。工艺流程不可避免的小变化限制了试验的产额，使得产品的成本显著增加。此外，环境温度和驱动电流的变化也会使光色产生明显的偏移。所幸的是，氮化物系统具有一些在LED历史上从未见过的独特性质。无论是用于激发的氮化物LED的蓝光还是转换光色用的荧光粉对于温度的变化都不敏感，从而使得用它们生产出的白光灯产品的光色得到“足够好”的控制，对于大范围的市场需求而言其价格也能够被接受#4,#5。
改善光效和光色控制依然是业界的热点问题。近期的进展是很大的鼓舞，使我们有信心--------------------------------------------
注#4：按照白皮书中首选的混色途径，可以从广泛分布的LED产品中挑选出4～6种单色LED组合起来进行混光。通过有效的反馈回路控制，可以修正由于环境温度变化引起的光色的偏移，维持光输出在寿命期内的稳定等。如果数字调色成为市场的需要，那么可能就需要采用这种控制光色的方法（见2.3节）。
注#5：在需要有限或广泛变色的照明市场，混色的方案将扮演重要的角色。其市场占有率依赖于红、黄和绿色LED光效提高的进程，还与反馈回路设计的满意程度有关。现今电源变换器和驱动电路的价格已经与基本的LED批量的价格相仿。即使电源变换器能为所有单色的LED所共享，4～6个独立的驱动器目前也将是一个重大的价格障碍。
相信：蓝光激发荧光粉生产的白光灯，在接下去的10年中将能满足通用照明市场对光色控制的严格要求，并且达到期望的价格目标。
2.4 促进发展：研发资金来源
1999年全球LED市场总量达21亿美元，市场的主体是小信号指示和7段显示。其中包括第1代功率型信号器件4亿美元的份额，这些器件大部分被用于汽车高位刹车灯和交通信号灯。以美国为基地的公司所占有的市场份额约为15%～20%。我们估计2000年美国用于研发的资金总计约为6 000～8 000万美元，资金来源于美国工业界、政府和大学，其中工业界的投入接近其收益的20%。在技术竞争和节能潜能的背景之下，这一适度的研发资源毫无疑问是应该的。
第1个（保守的）行动方案是建立在这样的基础上：1999年已有的小规模的LED产业自我融资来进行研发。我们预测LED灯的光效将从2000年的10lm/W逐渐增加到2010年的50lm/W，然后趋于平稳。这样的水平将可以对传统的白炽灯和卤钨灯的市场发起攻击，但是尚不能与荧光灯和其他高光效灯的技术相竞争。但这个有限的市场仍然有吸引力，因为它占到照明用电的40%左右。虽然这第1个方案基本上只能摘取“果树”上挂得较低的“果实”，但能激发我们更大的欲望。
第2个（加快的）行动方案是基于非常大规模的研发投资。在我们确信节能的潜力之后，我们仔细思考了两个问题：我们可将SSL的光效提到多高？怎样做才能加快这一进程？这第2个方案需要一次信任的飞跃：假定我们最终能够在任何可见光波长上实现50%的光电转换效率（那时只有在深红色和红外区域获得这样的效率）。在此假定的基础上我们将能够使光效接近200lm/ W，我们很明确地知道：这是能够对具有130年历史的照明产业实行革命的目标值。如果采取美国LED产业界自身能集合的中等的研发投资，看来很难实现这么艰巨的任务。再者，尽管节能的潜力看来很巨大，但是从节能获益的是消费者，而不是SSL产业界；因而我们需要有国家的研究规划。结果，我们建议美国政府为SSL研究设定10年5亿美元的投资规划，其研究目标是白光的光效达到150～200lm/W。
此后不久，新墨西哥州民主党参议员Jeff Bingaman在2001年7月以2060号参议员提案提出了“新一代照明议案”。它成为节能综合安排的一部分，于2003年获得国会批准。然而由于网络经济衰退尚未结束，而且次贷泡沫逐步显现，所以延迟了拨款，到期只拨付了2亿美元[8]。而且，出乎白皮书作者原来的考虑，研究OLED的公司成功地将OLED也掺加到议案之中（尽管当时这一不同的技术的光效很低且寿命很短），使得半导体LED的研究经费减少了一半。
与国会正考虑支持SSL研究的同时，世界上其余的地方也很快认识到这一重要新技术的潜力。在诸如韩国、中国、日本和台湾等国家及地区，积极支持SSL研发的政府将白皮书变成了他们的蓝图。甚至像英国和法国等国，他们在上世纪60年代曾经对化合物半导体技术作出过重大贡献，但是错过了光电子产业的机会，现在又回来为大学和国家实验室以及与SSL 相关领域的新兴公司提供强大的研究支持。
但迄今为止对全球投资动力最大的诱因还是来源于这个罕见的产业革命的机会，该产业仅就灯泡1年就能为国家产生150亿美元的收益。以前的50年，发展中的半导体技术向人们演示了如何去打败具有50年历史的真空电子管。现在，强有力的半导体产业界的1个分支——很小的化合物半导体产业界，看准了另外一个机会去击败爱迪生130年前发明的白炽灯，以及由它派生出的其他灯泡。白皮书在参考文献[1]的表C3中指示了1条清晰的路径：将光源市场扩大到高于150亿美元的更大规模，市场的增长带来能源价格的大幅降低。这一认知并不直接为研发提供资金，但是它在全球范围内解开了钱袋口上的绳子，使钱跑出董事会的房间成为政府机构的风险资本。白皮书成为许多投资决策者的蓝图，尤其是在亚洲。
在过去的10年间研发的花费是以何种方式发展的呢？对2000年，我们估计美国工业界、
大学和国家实验室所花费的研发经费为6 000～8 000万美元[1]。回顾全球，我们估计2000年的研发经费为2.0～2.5亿美元。其后，高亮度（HB）LED市场年增长率约为18%，从12亿美元增加到2009年的53亿美元[9]。而非高亮度LED市场或许从1999年的10亿美元水平有些下降，导致总的LED市场2009年时约60亿美元，2010年时约75亿美元，其中20%是来自以美国为基地的公司。Cree公司最新的资料表明，因2009年经济衰退，其收益为5.67亿美元，用于研发的投资为7 100万美元。现在，高亮度LED市场的动力[9]应该使Cree公司2010年的收益大于7亿美元，研发投入约为1亿美元。加上规模相当的Philips-Lumileds公司和几个小的新创办的公司以及大学的研究投入，2010年美国研发投资达到2.5～3.0亿美元。这一投资量是我们对2010年保守行动方案[1]中预测的1.3～1.5亿美元的两倍。全球的研发投资比较难估算，但可能也是同样的趋势。
在经受两场全球经济衰退之时，是什么原因促使对LED研发持续高水平的投入呢？有6点分别的考虑影响着投资决策者的决心：(1)在参考文献[1]中所概述由非照明跳板激活的持续高市场增长率的潜能；(2) 全球增强的对减少碳排放的关注，以及创造照明对这一减少产生重大贡献的机会；(3)政府在“绿色”技术方面研发投资的鼓励；(4)认识到这一创新技术可能会引发照明革命，为市场开拓和发展提供机遇；(5)提高销售高附加值产品替换传统灯泡的能力，通过大幅度减少运转成本使得用户仍然获得收益；(6)害怕没有足够强有力的投资就会坐失良机。正是由于这诸多因素的集合，即使在经济不景气的这10年中还是有资金不断投入，其结果对他们是不言而喻的。
所有上述论据的共性在参考文献[1]中都可以找到。白皮书为照明革命提供了一个有充分根据的理论说明，概述了其战略学，而将战术手段留给了市场。在下一节中，我们将讨论直到我们写成这篇文章之前所作的预测的精确程度。
3 对今后10～20年的预测
基于在蓝光激发效率方面杰出的进展及其与成熟的荧光粉技术的配合，2010年冷白光的光效达到100～120lm/W，暖白光的光效达到80～100 lm/W，已经符合我们乐观的预测（见文献[1]中第2个加速的方案）。我们注意到，这些光效在某种程度上应该说是合格了，但这是芯片在室温条件下工作于350mA/mm2时的光效。最新技术水平的器件在85℃下工作时光效要下降10%。当最新技术水平的器件（例如最近介绍的Cree XP-G冷白光灯）在更高电流密度下工作时也有类似的光效降低：在700mA时光效降低约17%，而在1 500mA时光效降低约35%。然而在过去的3～5年里，在高电流密度下工作时光效的下降已经逐渐得到改善，更多的性能提高也是可以期待的。
实际上完全有理由相信这一进步将会继续下去。现在政府的研发投资正在提升，产生重大的贡献。最最重要的是，随着高亮度LED新的更大的阶跃式市场的持续启动，产业界的研发投资正在不断增长。
尤其是Strategies Unlimited [9]预测在接下去的5年里所有高亮度LED灯的复合增长率将达31%。在这一增长中，便携式电器、笔记本电脑、电脑显示器和越来越多的平板电视的LCD 背光照明扮演着最重要的角色。对背光照明应用确实有很大的期望，预期从现今的4亿美元的LED显示市场中的一小部分增加到2014年的100亿美元。
尽管从荧光灯背光到LED背光的转换预料在2014年将会完成，之后这样的增长将会显著地慢下来；但那时通用照明将接上来，并最后代替它成为主角。通用照明市场预计从2009年的6亿美元增长到2014年的45亿美元#6。
----------------------------------------------
注#6：在技术推动的快速转换过程中，对市场预测肯定会有些半信半疑。在消费市场中经济暂时性的小问题总会为大家都知道，由于产业快速发展中过度投资引起的价格下跌比预期的快得多，这是半导体业界典型的问题。
随着市场增长逐渐由背光转向通用照明，两个市场加在一起，将从2009年仅占53亿美元高亮度LED市场份额的25%，增长到占2014年200亿美元高亮度LED市场的75%。原来预期在5年期内显示背光市场的增长率是90%，照明为50%，其余应用市场为6%。接近期末时发现市场增长率的情况将有重大的改变，显示背光是10%，照明为30%，其余应用市场维持6%不变#7。
3.1 2010年至2020年
在有持续而积极的政府和工业界研发投资的大背景下，我们两个作者对未来10年SSL灯（尤其是那些为通用照明设计和应用的产品）的典型性能作了大胆预测。这里需要将这类照明产品与那些在光效、光通量、色温、显色性和寿命等方面性能较低的产品加以区别，后者是用于要求不很高的场合。在表1中给出了我们的预测，它们符合甚至超过Haitz定律。
表1 对5年和10年后冷白光和暖白光SSL灯在设定的工作条件和电价下的光效、
场外市场价和投资回收期的预测
年份
光色
结温
（℃）
电流密度
（A/cm2）
光效
（lm/W）
场外市场价
（$/klm）
电价
（$/kWh）
回收期（取代白炽
灯）（h）
回收期（取代
CFL）（h） 冷白光 120 100 150
2015
暖白光 120 100 125
5 0.15 500 2 000
冷白光 150 150 180
2020
暖白光 150 150 150
2.5 0.2 200 800
我们预测2020年时SSL灯的光效可达150～180 lm/ W，因而它们将以2～10倍的光效性能优势击败所有主流的传统灯泡。这样有利的性能表征SSL灯已经达到了对照明市场进行革命所需要的条件。到2020年时，根据从图1红光LED的趋势线可直接推断：冷白光的OEM价格为$0.6/klm，而在2015年时其价格为$2/klm。我们相信在2015年冷白光LED实质上将超越这一趋势线。
然而，由于诸如半导体产业的很多工业界的经济繁荣和萧条循环严重地依赖于要求长时期的资本投资，这使得发展将不会是很流畅的。为支撑预期的后面4年中背光市场的加速增长，已经竭尽全力。流水作业的工艺流程已经难于满足背光市场严格的性能规格要求。半导体业界正勉强地做出反应：使其价格较高或者维持不变，快速扩大生产能力以弥补产能的不足。大约到了2012年，产量将有所增加，但这时背光市场的增长将逐渐减慢下来。作为结果，过剩的生产能力将使价格下降；而就在这时通用照明的市场正迅速扩张。到这个10年的中期，我们预料供求关系会达到再平衡，在2015年时OEM价格将为$0.5～1/klm，要比红光趋势线低2～4倍。到2020年价格将稳定在$0.5/klm#8以下。
我们也可对SSL演变的其他方面做出评论。
一方面可以指望替换白炽灯以及紧凑型荧光灯（CFL）的市场仍然非常大，即使到2015年和2020年也是如此。对于大部分的民居市场，基本的LED灯泡的批量OEM价格仅仅是价格的一个方面。灯的制造商要购买基本的LED元件，还要再加上电源转换器、驱动器、二次------------------------------------------------------------------------
注#7：请注意这些市场数据适用于仅仅封装好的LED灯，不包括二次光学器件、驱动电路和灯头等。这一显著的增长必须与过去15年中完全静止的传统灯泡的150亿美元/年的市场联系起来考虑。当SSL逐渐取代传统灯泡时，传统灯泡的市场将萎缩，最终差不多完全消亡。
注#8：我们注意到这些价格与美国能源部的预测是一致的。Jim Brodrick最近介绍了美国能源部对2009～2015期限内SSL成本的期望值[10]。美国能源部指望在这6年内LED元件的价格下降8倍。按照图1中红光LED 的趋势线，2009年的价格是$8/klm.。到2015年时降价8倍，其值就与我们在图1中预测的范围相同。
光学器件、灯头和热沉等。然后，在使用者以“价格表所列的价格”购买前，LED替换灯泡进入批发和零售的二级分销渠道。更重要的是“场外行情”，其贴现价要比零售“价格表所列的价格”低很多，这是由于下面的这些原因：为了鼓励节能，政府进行补贴，大量的广告价格领导者产生的仓储交易等。这一“场外行情”成就或者打乱了很多消费产品市场。例如，早期的CFL灯1990年时的零售价为15美元左右，由于价格太高而且光色偏蓝，居民不能认可。经过10多年后，灯的性能改善，加上政府实行了价格补贴，现在CFL灯才最终为居民所接受。
与LED灯相比，CFL灯的光效低，还含有污染环境的汞。所以只要LED灯的价格接近现在CFL灯的价格，政府就会从CFL灯转向推广LED灯。这一转变预计在2015年左右发生，到2020年时LED灯的场外市场价约为$2～3/klm（见表1）。到那时CFL灯将遭受与白炽灯同样的命运，由于污染环境和高能耗等原因将被禁止使用。这将是预示现在所有应用中的传统光源结局的先兆#9。
请注意，在表1中投资回收期的计算是基于假定2015年时白炽灯的价格为0.5美元，CFL 灯的价格是2.5美元，在2020年时CFL灯的价格是1.5美元。还请注意，在2015年或稍后一些时间也许不再用白炽灯了，CFL灯也将失去它们的流动补助金，因而减轻了它们对SSL假定的价格优势。换言之，到2020年时所谓的投资回收期也许根本就不存在，或许变为负数，使得就购置、营运维护和处理费用等方面而言SSL成为首选！
第二个方面是：建筑物和民居现在都是由中等电压的交流电网供电，而LED灯在直流低电压下工作。因此，在究竟是将配电改成直流还是使灯改进得能在交流下工作，两者之间将有一番斗争。
一个极端的方法是在新建筑物中或在主建筑物改造时安装一个分开的“直流电源”网，其电压为12V、24V或48V。这时每幢建筑内只需要1个或少数几个电源转换器，每个灯具用1个驱动器。
相反的极端方法是采用各种方法构建“交流”LED灯。最简单的方法是在灯中添加一个电源转换器。然而，在灯的“场外行情”5美元的零售价中，从交流电网的电压转变成直流低压所需的元件要花费很大的成本。还有另一种方法，可将LED灯设计成能够直接在110/220V的交流电网中工作。将多个p–n结以串联的方式集成在一起，提高了驱动电压，为达到同样的光输出工作电流减少了。根据这一概念，可以将两串反向并联的p–n结设置在同一个用于激发荧光粉的芯片中，它做成的灯在110/220V的交流电网中工作时，兼作整流器和光源。
这件事说起来容易，做起来却要难得多：必须重新设计所有的制造工艺流程，以满足前面所讨论过的对光质量的要求。但是在一个足够大的市场中，具有这样独特的性能而且价格又有吸引力的LED灯的设计方案或许是一个成功的提议。这一方法对于替代小蜡烛形灯泡尤其有用，因为这种灯泡的灯头空间很小装不下电源转换器。
介于上述两种方法之间的是一体化的LED灯具。两个可直流工作的串联连接的LED灯的器件，被再集成为交流工作的系统，就可以替换现今的光通量为3～10klm的荧光灯天花板灯具；也可采用类似数目的直流灯由一个电源转换器/驱动器供电的方法。
目前尚难预测在直流电网和交流灯之间这场争斗的结果。这一争斗从现在开始将会持续超过10年，最大的可能是打成平手。两种方法将会并存，用户可根据特定的需要选择最好的方案。例如，居民家中是交流电网，可能会使用交流灯；而商业照明可能挑选直流网络，因为有更好的光效，且寿命期内系统费用最低。但是从长远来看，与一体化的灯具相比，交-----------------------------------------------------------------------
注#9：在2009年，Haitz [6]预测到大约2015年时LED灯开始与地球上任何一种电光源展开竞争，甚至包括与在电视转播的体育场照明中用的光源。在近期的新闻稿
（https://www.doczj.com/doc/ad11952024.html,/newsandevents/releases/PR128.pdf）中，飞利浦公司宣布在无电网的郊区采用太阳能供电，为小的足球训练场成功提供照明。
流LED灯会慢慢失去市场；因节能的需要，在居住区改造时加入直流配线。在2020年后，一体化的LED灯具和直流网络将会主宰商业照明市场。
3.2 近期的技术挑战
在通篇文章中，我们已经提及各种技术挑战，某些是发生在过去的10年里，有些则仅是最近才碰到的。由OIDA、DOE和其他的一些组织提出的各种技术路标已经认同这些问题，现在我们在这里简要地将最重要的几个问题总结如下。
光效的下降：在前文中我们说到Cree公司最新型的灯，当它的工作电流从350mA增加到700mA时光效下降17%，当电流翻倍到1 500mA时光效又要下降17%。这一结果当然不是由于结温升高所造成的，而似乎与载流子或光子通量密度有关。对此已经提出了几种机理，但是LED的科学家们还没有选定最终的解释。既然光效下降会造成能耗的增加，它就带来了严重的经济后果。一个使其影响减轻的尝试是基于大幅减少单位面积LED外延片的成本。将芯片的面积加倍就可允许驱动电流翻倍而对光效没有影响。
窄带红色荧光粉：在现今的暖白色LED灯中，由于传统的红色荧光粉的光谱分布宽，造成光效有明显损失。采用更窄线宽的荧光粉，或者采用诸如量子点的非常规光转换方法，可以减少由光谱的长波红色区域和近红外部分造成的光效损失。此外，这些荧光粉应该能够很好地吸收激发它的蓝光（~460nm），这一波长能够最好地兼顾人眼的视觉灵敏度和显色性。
由Stokes位移引起的荧光粉发热：现今所有的LED灯的设计都必须将芯片的一面安装在金属的热沉上，让光仅从顶部逸出芯片。新式的芯片设计已经相当多地减少了侧向发射。于是荧光粉必须涂在芯片的顶部，由Stokes损失产生的热量必定由荧光粉传到芯片。荧光粉是直径很小的颗粒，涂敷时由透明的有机粘结剂材料粘合在一起。所有的透明的有机材料热导率都很差，导致荧光粉自身被加热，从而使得光的转换效率降低。Philips-Lumileds设计了一种陶瓷板Lumiramic，将荧光粉牢牢地嵌入在陶瓷之中。这起一定作用，但荧光粉材料依然是灯中最热的部分。
从红光到绿光的光效缺陷：直接发红光、黄光和绿光的LED的效率远比激发用的蓝光LED的效率低（见2.1节）。弥合了这一缺陷（尤其是在功率型LED要求的较高的结温下），将开启混色产生白光方法的大门，免去了由Stokes位移造成的约25%的能量损失。这一突破也将使调色更具吸引力，缓解上述荧光粉发热的问题。
交流灯的频闪：不采用交直流转换器，而直接在交流电网工作的LED灯（3.1节）将出现50/60Hz或100/120Hz的频闪。这个问题仅在最近才碰到，应该不会比荧光灯或CFL灯更为严重。在对频闪敏感的应用场合，则应选用直流工作。
4 2020年后的预测
最后，我们对2020年以后可能发生的情况发表一些看法。这里，进行评论的两位作者遇到一个困境。我们对于光效和价格两个性能的长期预期有较大的不同，它们将被记录在案以备日后查阅。下面是我们不同观点的总结。
RH：一方面，相信在长期的光效和价格之间有一个实用的或“足够好的”折中解决，如表1所示的那样。光效进一步的改善将需要无休止的工艺流程的变动，这将会增加成本并减少产额。Haitz认为与其他的成本因素（如金属、塑料、配电、仓储和政府管理费等）相比，LED灯的基本元件的成本将变得不那么重要。到这个10年的末期，光的OEM价格将降到低于$0.5/klm，消失在其他的不相关的价格问题的“烟雾”之中。这将促使Haitz定律的价格趋势线到达终点。最后，由财政紧张的联邦和地方政府征收的“挥霍浪费光的惩罚税”可能接近甚至超过灯的基本元件的价格。
Haitz定律中光通量的线甚至失效得更快。如同在1.3节中所概述的那样，光通量为20～
50klm的高光输出灯的市场需求将不存在。在至2020年的期间内，图1中光通量的部分将主要用于较小的LED制造商去建立其“显耀的权力”。但是这些高光输出产品将仅仅被用于经济意义不大的一些场合。
JYT：另一方面，相信光效将会继续提高，最终在超过200lm/W、接近250～300lm/W时趋于饱和。持此看法有如下3点理由。
首先，与白光灯相关的资本费用将减少，光的用户花费主要是光的营运费用。因而如果价格稍微高一点的灯有更高的光效，能够在合理的寿命期内帮助他们节约足够的电费开支，他们会更乐意购买这样的灯。
其次，光效增加后单位光输出所产生的废热少了，灯的封装就变得更容易且花费更少（就产生单位光输出而言）#10。
第三，或许也是最重要的一点，因为由半导体技术以低成本提供的丰富功能和一体化的可能性，以及超过只是简单的产生光的附加的功能，很可能将变得更为重要[11]。这些功能包括在被照的环境中色品和光的时间、空间配置的数字调节。这些好处将推动浅红色区域电致发光的开发，由于减少了Stokes损失这一边际效益使得光效有较大的提升。
5 总 结
回过头来看，全球对于白皮书[1]的反应超出了我们的期望。白皮书描述了一种新的照明技术。只要有足够的时间、资源，以及诸如能够维持自我融资成长的阶跃式发展市场等一些其他的成功要素，该照明技术将具有使原来的照明业界产生革命性变化的潜能。10年后，SSL的光效和价格已经达到或超过了在1999年设定的指标，而且还能满足市场对光色控制、稳定性和寿命的要求，这些我们已在本文的第2部分进行了讨论。对于未来10年的预测与照明革命所需的判据是一致的：对于使用者极其方便、有利，非常经济，有益于环保。
虽然我们的初衷只是想从美国政府得到支持以加速向SSL的转变，想不到由此引发了全球工业界和政府对这一技术令人惊异的反应，但仔细想来我们倒也并不感到惊奇。
自130多年前爱迪生发明白炽灯以来，照明业界已经开发出不少于6种的各种电灯，每一种灯都在光效、价格或者光的品质方面有所改进。在下一个10年里，SSL将接近光效的极值，满足或超过市场对于价格和质量的要求。因此只留下很小的空间让人们想象是否还要花费精力和资金去开发另一种新的光源技术。从篝火、蜡烛、灯泡到SSL这一贯穿人类历史的一系列的照明革命将走到尽头。照明革命到此就结束了！（译者注：经与作者联系，他们确认这里所说的“照明革命结束”仅是指人造光源革命的结束，并非说整个照明科技革命就此结束。）
致 谢
我们感谢Jerry Simmons的精心编辑和评论意见，如还有不当之处那当然是我们的责任。我们也感谢Mike Coltrin, Sasha Neumann, Daniel Noh, Taisuke Ohta, Ines Waldmueller, 和Bob Walker等给予的帮助。Sandia国家实验室的工作由美国能源部基础能源科学办公室提供资金的Sandia固态照明科学能源前沿研究中心所支持。Sandia是一个由Sandia公司经营的多功能的实验室，Sandia公司是洛克希德马丁公司的一个子公司，它根据契约No. DE-AC04-94AL85000为美国能源部国家核安全局服务。
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注#10：注意这并不意味着热的问题就不存在了。仅可能努力地推动LED使其产生更大的光输出以摊薄LED 的成本。在光电转换效率不能达到100%的情况下，热的问题将是制约LED进一步发展的主要因素。
参考文献
[1] R. Haitz, F. Kish, J. Tsao, and J. Nelson, The Case for a National Research Program on Semiconductor Lighting, presented at the Annual Forum of the Optoelectronics Industry Development Association, Washington DC (1999).
[2] R. Haitz, F. Kish, J. Tsao, and J. Nelson, The Case for a National Research Program on Semiconductor Lighting, presented at: Strategies in Light, Burlingame, CA (2000).
[3] M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, J. Display Technol. 3, 160–175 (2007).
[4] J. Y. Tsao, M. E. Coltrin, M. H. Crawford, and J. A. Simmons, Proc. IEEE 98(7), 1162–1179 (2010).
[5] A. B. Gough, in: ALITE ’95 Workshop, Electric Power Research Institute (EPRI), Rochester, NY, 1995, Proc. ALITE ’95 Workshop, EPRI-TR-106022.
[6] R. Haitz, Another Semiconductor Revolution: This Time It’s Lighting!, in: Advances in Solid State Physics, edited by B. Kramer, Vol. 43 (Springer-Verlag, Berlin, 2003), pp. 35–50.
[7] C. M. Christensen, The Innovator’s Dilemma: When New Technologies Cause Great Firms to Fail (Harvard Business School Press, Boston, 1997).
[8] EERE, Solid-State Lighting Multi-Year Program Plan FY’10-FY’16, U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy Building Technologies Program, (2010).
[9] R. Steele, High-Brightness LED Market Review and Forecast, in: Strategies in Light (Strategies Unlimited, Santa Clara, CA, 2010).
[10] J. Brodrick, DOE SSL Roadmap, in: Strategies in Light (San Jose, Santa Clara, CA, 2010).
[11] E. F. Schubert and J. K. Kim, Science 308, 1274–1278 (2005).
译文刊载于《中国照明电器》2012年第12期和2013年第1期
实用标准文案 1、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
关于新型显示与半导体照明芯片的市场发展趋势分析 新型显示与半导体照明芯片的市场发展趋势分析 1 新型显示市场 1.1 全球新型显示市场 OLED 目前分为PMOLED（无源驱动OLED）和AMOLED（有源驱动OLED）两条路线。相比传统的液晶面板，AMOLED 突破了不可弯曲的局限，具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点；相较于PMOLED，AMOLED 的尺寸可以做得很大，在高端手机及新一代穿戴显示系统等领域具有广阔的应用前景[1-4]。 据2017～2022 年中国OLED（有机发光二极管）显示器行业专项调研及投资价值预测报告预测，2017 年全球OLED 市场规模将跃增32% 至192 亿美元，出货量也将飙升22% 至6.3 亿组。2017 年，苹果下一代智能手机产品预计将采用双曲面柔性AMOLED 面板，全球整个供应链厂商都在积极跟进。除韩国三星显示（SDC）、LG Display 外，中国面板厂商和辉光电、维信诺、Truly 等都将在现有产线的基础上增设柔性面板的产能。随着OLED 产能的释放，估计2017 年全球双曲面OLED 智能手机将快速上量。 中商产业研究院于2016 年12 月公布的《2015～2020 年中国OLED 材料市场潜力与投资前景分析报告》指出，2015 年全球AMOLED 的销售额为131 亿美元，预计2016 年全球AMOLED 的销售额将达157 亿美元，如图1 所示。 目前OLED 面板市场90% 以上的产能和市场份额都被三星显示（SDC）和LG 显示（LGD）占据，同时SDC 和LGD 也是全球OLED 技术的领跑者。SDC 在中小尺寸OLED 市场一度占据99%的市场份额，其最先量产AMOLED 并应用于自家手机，经过多年坚持技术创新和产品创新，引领了OLED 时代的到来。 LGD 在大尺寸OLED 面板市场独占鳌头，大尺寸OLED 量产技术先进，并不断改进工艺，以降低成本，致力于OLED 面板在TV 市场上的普及。LGD 计划2017 年导入喷墨印刷式制造工艺，一旦量产，OLED TV 的价格有望大幅度降低。
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的
某光源发出波长为460nm 的单色光，辐射功率为100W ，用Y 值表示其光通量，计算其色度坐标X 、Y 、Z 、x 、y 。 解：由教材表1-3查得460nm 单色光的三色视觉值分别为0.2908X =，0.0600Y =， 1.6692Z =，则对100W P =，有 4356831000.2908 1.98610lm 6831000.0600 4.09810lm 683100 1.6692 1.14010lm m m m X K PX Y K PY Z K PZ ==××=×==××=×==××=× 以及 )()0.144 0.030x X X Y Z y Y X Y Z =++==++=
1. GaP绿色LED的发光机理是什么，当氮掺杂浓度增加时，光谱有什么变化，为什么？GaP红色LED的发光机理是什么，发光峰值波长是多少？ 答：GaP绿色LED的发光机理是在GaP间接跃迁型半导体中掺入等电子陷阱杂质N，代替P原子的N原子可以俘获电子，又靠该电子的电荷俘获空穴，形成束缚激子，激子复合发光。当氮掺杂浓度增加时，总光通量增加，主波长向长波移动，这是因为此时有大量的氮对形成新的等电子陷阱，氮对束缚激子发光峰增加，且向长波移动。 GaP红色LED的发光机理是在GaP晶体中掺入ZnO对等电子陷阱，其发光峰值波长为700nm的红光。 2. 液相外延生长的原理是什么？一般分为哪两种方法，这两种方法的区别在哪里？ 答：液相外延生长过程的基础是在液体溶剂中溶质的溶解度随温度降低而减少，而且冷却与单晶相接触的初始饱和溶液时能够引起外延沉积，在衬底上生长一个薄的外延层。 液相外延生长一般分为降温法和温度梯度法两种。降温法的瞬态生长中，溶液与衬底组成的体系在均处于同一温度，并一同降温（在衬底与溶液接触时的时间和温度上，以及接触后是继续降温还是保持温度上，不同的技术有不同的处理）。而温度梯度法则是当体系达到稳定状态后，整个体系的温度再不改变，而是在溶液表面和溶液－衬底界面间建立稳定的温度梯度和浓度梯度。 3. 为何AlGaInP材料不能使用通常的气相外延和液相外延技术来制造？ 答：在尝试用液相外延生长AlGaInP时，由于AlP和InP的热力学稳定性的不同，液相外延的组分控制十分困难。而当使用氢化物或氯化物气相外延时，会形成稳定的AlCl化合物，会在气相外延时阻碍含Al磷化物的成功生长。因此AlGaInP 材料不能使用通常的气相外延和液相外延技术来制造。
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构
的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，
LED封装基本知识 LED（发光二极管）封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光，所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。 封装简介 LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。 自上世纪九十年代以来，LED芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透明衬底梯形结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度（1cd以上）红、橙、黄、绿、蓝的LED产品相继问市，2000年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。 技术原理 大功率LED封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到LED的使用性能和寿命，特别是大功率白光LED封装更是研究热点中的热点。LED封装的功能主要包括：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高LED性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。 LED封装方法、材料、结构和工艺的选择主要由芯片结构、光电/机械特性、具体应用和成本等因素决定。经过40多年的发展，LED封装先后经历了支架式（Lamp LED）、贴片式（SMD LED）、功率型LED（Power LED）等发展阶段。随着芯片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必须采用全新的技术思路来进行封装设计。 关于LED封装结构说明 LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形
序号：3 半导体材料的发展现状及趋势 姓名：李霄 学号：1111044081 班级：电科1103 科目：微电子设计导论 二〇一三年12 月23 日
半导体材料的发展进展近况及趋向 引言：随着全球科技的飞速发展成长，半导体材料在科技进展中的首要性毋庸置疑，半导体的发展进展历史很短，但半导体材料彻底改变了我们的生活，从半导体材料的发展历程、半导体材料的特性、半导体材料的种类、半导体材料的制备、半导体材料的发展。从中我们可以感悟到半导体材料的重要性 关键词：半导体、半导体材料。 一、半导体材料的进展历程 20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导位置，但锗半导体器件的耐高温和辐射性能机能较差，到20世纪60年代后期逐步被硅材料代替。用硅制作的半导体器件，耐高温和抗辐射机能较好，非常适合制作大功率器件。因而，硅已经成为运用最多的一种半导体材料，现在的集成电路多半是用硅材料制作的。二是化合物半导体，它是由两种或者两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类不少，主要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。此中砷化镓是除了硅以外研讨最深切、运用最普遍的半导体材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）构成合金InGaN、AlGaN，如许可以调制禁带宽度，进而调理发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是拥有晶格构造的半导体材料，在这些材料中原子布列拥有对称性和周期性。但是，一些不拥有长程有序的无定形固体也拥有显著的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方式来分类。从现在}研讨的深度来看，很有适用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低本钱太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有普遍的运用远景。四是有机半导体，比方芳香族有机化合物就拥有典范的半导体特征。有机半导体的电导特征研讨可能对于生物体内的基础物理历程研究起着重大推进作用，是半导体研讨的一个热点领域，此中有机发光二极管（OLED）的研讨尤为受到人们的看重。 二、半导体材料的特性 半导体材料是常温下导电性介于导电材料以及绝缘材料之间的一类功效材
LED半导体照明的发展与应用 者按：半导体技术在上个世纪下半叶引发的一场微电子革命，催生了微电子工业和高科技ＩＴ产业，改变了整个世界的面貌。今天，化合物半导体技术的迅猛发展和不断突破，正孕育着一场新的革命——照明革命。新一代照明光源半导体ＬＥＤ，以传统光源所没有的优点引发了照明产业技术和应用的革命。半导体ＬＥＤ固态光源替代传统照明光源是大势所趋。１、ＬＥＤ半导体照明的机遇 （１）全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。作为能源消耗大户的照明领域，必须寻找可以替代传统光源的新一代节能环保的绿色光源。 （２）半导体ＬＥＤ是当今世界上最有可能替代传统光源的新一代光源。 其具有如下优点： ①高效低耗，节能环保； ②低压驱动，响应速度快安全性高； ③固体化封装，耐振动，体积小，便于装配组合； ④可见光区内颜色全系列化，色温、色纯、显色性、光指向性良好，便于照明应用组合； ⑤直流驱动，无频闪，用于照明有利于保护人眼视力； ⑥使用寿命长。 （３）现阶段ＬＥＤ的发光效率偏低和光通量成本偏高是制约其大规模进入照明领域的两大瓶颈。目前ＬＥＤ的应用领域主要集中在信号指示、智能显示、汽车灯具、景观照明和特殊照明领域等。但是，化合物半导体技术的迅猛发展和关键技术的即将突破，使今天成为大力发展半导体照明产业的最佳时机。２００３年我国人均ＧＤＰ首次突破１０００美元大关，经济实力得到了进一步的增强，市场上已经初步具备了接受较高光通量成本（初始成本）光
源的能力。在未来的１０～２０年内，用半导体ＬＥＤ作为光源的固态照明灯，将逐渐取代传统的照明灯。 （４）各国政府予以高度重视，相继推出半导体照明计划，已形成世界性的半导体照明技术合围突破的态势。 ①美国：“下一代照明计划”时间是２０００～２０１０年投资５亿美元。美国半导体照明发展蓝图如表１所示； ②日本：“２１世纪的照明计划”，将耗费６０亿日元推行半导体照明目标是在２００６年用白光ＬＥＤ替代５０％的传统照明； ③欧盟：“彩虹计划”已在２０００年７月启动通过欧共体的资助推广应用白光ＬＥＤ照明； ④中国：２００３年６月１７日，由科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”。从协调领导小组成立之日到２００５年年底之前，将是半导体照明工程项目的紧急启动期。从２００６年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大项目进行推动； （５）我国 的半导体ＬＥＤ产业链经过多年的发展已相对完善，具备了一定的发展基础。同时，我国又是照明灯具产业的大国，只要政府和业界协调整合好，发展半导体ＬＥＤ照明产业是大有可为的； ２ＬＥＤ的发展历程（如图１所示） ２．１ＬＥＤ技术突破的历程
主持人： 观众朋友，欢迎您来到CETV学术报告厅，最近美国的一家公司生产出一千兆的芯片，它是超微技术发展史上的一个分水岭，个人电脑业的发展，也将步入一个新的历史阶段，对整个信息业来说，它的意义不亚于飞行速度突破音速的极限，当然整个技术上的突破，也要依赖于以硅材料为基础的大规模集成电路的进一步微型化，50年代以来，随着半导体材料的发现与晶体管的发明，以硅为主的半导体材料，成为整个信息社会的支柱，成为微电子、光电子等高技术产业的核心与基础，这个情况，将会持续到下个世纪的中叶，当然，面对更大信息量的需求，硅电子技术也有它的极限，将会出现新的、替补性的半导体材料。关于半导体材料的发展现状与发展趋势，请您收看中国科学院王占国院士的学术报告。 王占国： 材料已经成为人类历史发展的里程碑，从本世纪的中期开始，硅材料的发现和硅晶体管的发明以及五十年代初期的以硅为基的集成电路的发展，导致了电子工业大革命。今天，因特网、计算机的到户，这与微电子技术的发展是密不可分的，也就是说以硅为基础的微电子技术的发展，彻底地改变了世界的政治、经济的格局，也改变着整个世界军事对抗的形式，同时也深刻影响着人们的生活方式。今天如果没有了计算机，没有了网络，没有了通信，世界会是什么样子，那是可想而知的。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。 70年代超晶格概念的提出，新的生长设备，像分子束外延和金属有机化合物化学汽相淀积等技术的发展，以及超晶格、量子阱材料的研制成功，使半导体材料和器件的设计思想发生了彻底的改变。就硅基材料的器件和电路而言，它是靠P型与N型掺杂和PN结技术来制备二极管、晶体管和集成电路的。然而基于超晶格、量子阱材料的器件和电路的性质，则不依赖于杂质行为，而是由能带工程设计决定的。也就是说，材料和器件的光学与电学性质，可以通过能带的设计来实现。设计思想从杂质工程发展到能带工程，以及建立在超晶格、量子阱等半导体微结构材料基础上的新型量子器件，极有可能引发新的技术革命。从微电子技术短短50年的发展历史来看，半导体材料的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 现在，我来讲一讲几种重要的半导体材料的发展现状与趋势。我们首先来介绍硅单晶材料。硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。根据预测，到2000年底，它的规模将达到60多亿平方英寸，整个硅单晶材料的产量将达到1万吨以上。目前，8英寸的硅片，已大规模地应用于集成电路的生产。到2000年底，或者稍晚一点，这个预计可能会与现在的情况稍微有点不同，有可能完成由8英寸到12英寸的过渡。预计到2007年前后，18英寸的硅片将投入生产。我们知道，直径18英寸相当于45厘米，一个长1米的晶锭就有几百公斤重。那么随着硅单晶材料的进一步发展，是不是存在着一些问题亟待解决呢？我们知道硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂
《半导体照明技术及其应用》课程教学大纲 （秋季） 一、课程名称：半导体照明技术及其应用Semiconductor Lighting Technology and Applications 二、课程编码： 三、学时与学分：32/2 四、先修课程: 微积分、大学物理、固体物理、半导体物理、微电子器件与IC设计 五、课程教学目标： 半导体照明是指用全固态发光器件LED作为光源的照明，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。本课程注重理论的系统性﹑结构的科学性和内容的实用性，在重点讲解发光二极管的材料、机理及其制造技术后，详细介绍器件的光电参数测试方法，器件的可靠性分析、驱动和控制方法，以及各种半导体照明的应用技术，使学生学完本课程以后，能对半导体照明有深入而全面的理解。 六﹑适用学科专业：电子科学与技术 七、基本教学内容与学时安排： 绪论（1学时） 半导体照明简介、学习本课程的目的及要求 第一章光视觉颜色（2学时） 1光的本质 2光的产生和传播 3人眼的光谱灵敏度 4光度学及其测量 5作为光学系统的人眼 6视觉的特征与功能 7颜色的性质 8国际照明委员会色度学系统 9色度学及其测量 第二章光源（1学时） 1太阳 2月亮和行星 3人工光源的发明与发展 4白炽灯 5卤钨灯 6荧光灯 7低压钠灯
8高压放电灯 9无电极放电灯 10发光二极管 11照明的经济核算 第三章半导体发光材料晶体导论（2学时） 1晶体结构 2能带结构 3半导体晶体材料的电学性质 4半导体发光材料的条件 第四章半导体的激发与发光（1学时） 1PN结及其特性 2注入载流子的复合 3辐射与非辐射复合之间的竞争 4异质结构和量子阱 第五章半导体发光材料体系（2学时） 1砷化镓 2磷化镓 3磷砷化镓 4镓铝砷 5铝镓铟磷 6铟镓氮 第六章半导体照明光源的发展和特征参量（1学时）1发光二极管的发展 2发光二极管材料生长方法 3高亮度发光二极管芯片结构 4照明用LED的特征参数和要求 第七章磷砷化镓、磷化镓、镓铝砷材料生长（3学时）1磷砷化镓氢化物气相外延生长（HVPE） 2氢化物外延体系的热力学分析 3液相外延原理 4磷化镓的液相外延 5镓铝砷的液相外延 第八章铝镓铟磷发光二极管（2学时） 1AlGaInP金属有机物化学气相沉积通论 2外延材料的规模生产问题 3电流扩展 4电流阻挡结构 5光的取出 6芯片制造技术
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的研究进展 摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。 关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势 一、半导体材料的发展历程 半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。 新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通
LED路灯 LED路灯即半导体照明灯，以发光二极管作为光源，因其是一种固态冷光源，具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，做成的LED路灯。 编辑本段定义 路灯是城市照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯360度发光，光损失大的缺点造成了 能源的巨大浪费。当前，全球的环境在日益恶化，各国都在发展清洁能源。而随着国民经济的高速增长，我国能源供需矛盾日渐突出，电力供应开始存在着严重短缺的局面，节能是目前所急需解决的问题。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。 道路照明与人们生产生活密切相关，随着我国城市化进程的加快，LED 路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为目前世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源，因此，LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。 编辑本段特点 LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型 蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。外罩可用PC管制作，耐高温达135度，耐低温达-45度。 发光二极管(LightEmittingDiode，简写为LED)是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏置电压和注入电流下，注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子，将电能直接转化为光能。 编辑本段优点 1、LED路灯本身的特性——光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率。 2、LED路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的。
1、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ - Si）单晶的直 径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si 发展的总趋势。目前直径为8 英寸（200mm ）的Si 单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm ）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm , 0.18阿工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm , 0.13阿工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S 的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI 材料，包括智能剥离（Smart cut ）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI 材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm 左右将是硅MOS 集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2 自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K 介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2 ），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI 的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA 生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP 为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi 合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。 2、GaAs 和InP 单晶材料
《成为 LED 专家的秘藉基础篇》
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目录
《成为LED专家的秘籍》简介 .......................................................................................................3 引言 ..................................................................................................................................................5 第一章：为什么要从事LED行业？ ...............................................................................................6 第二章：LED的发展史。...............................................................................................................8 第三章：什么叫LED.....................................................................................................................10 第四章：LED优势:........................................................................................................................11 (一)节能........................................................................................................................................11 (二)环保........................................................................................................................................12 (三)寿命非常长............................................................................................................................12 (五) LED的发出的光线能量集中度很高 ...................................................................................12 (六).LED响应时间非常快 ...........................................................................................................12 (七).LED的发光指向性非常强 ...................................................................................................12 (九)LED使用低压直流电即可驱动 ............................................................................................12 (十) 能够较好地控制发光光谱组成..........................................................................................12 (十一) 可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小 ......................................12 （十二）显色性高： ..................................................................................................................12 第五章：LED 主要性能指标 .......................................................................................................13 (1)LED的颜色:.............................................................................................................................13 (2)LED的电流:.............................................................................................................................13 (3)LED的电压:.............................................................................................................................14 (4)LED的反向电压VRm： .........................................................................................................14 (5)LED的色温:.............................................................................................................................14 (6):发光强度（I、Intensity）: ....................................................................................................15 (7) LED光通量（F，Flux）: ......................................................................................................15 （8）LED光照度（E，Illuminance）: ........................................................................................16 （9）显色性: .................................................................................................................................16 本白皮书版权归王赐然所有，未经允许，不得转载！ 如果要想了解更多的LED知识，请登陆 https://www.doczj.com/doc/ad11952024.html, 第
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2011-2015年中国半导体材料行业市场调 研及投资前景预测报告 半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国。近几年来，中国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。 中国报告网发布的《2011-2015年中国半导体材料行业市场调研及投资前景预测报告》共十六章。首先介绍了半导体材料相关概述、中国半导体材料市场运行环境等，接着分析了中国半导体材料市场发展的现状，然后介绍了中国半导体材料重点区域市场运行形势。随后，报告对中国半导体材料重点企业经营状况分析，最后分析了中国半导体材料行业发展趋势与投资预测。您若想对半导体材料产业有个系统的了解或者想投资半导体材料行业，本报告是您不可或缺的重要工具。 本研究报告数据主要采用国家统计数据，海关总署，问卷调查数据，商务部采集数据等数据库。其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。 第一章半导体材料行业发展概述 第一节半导体材料的概述 一、半导体材料的定义 二、半导体材料的分类 三、半导体材料的特点 四、化合物半导体材料介绍 第二节半导体材料特性和制备 一、半导体材料特性和参数 二、半导体材料制备
第三节产业链结构及发展阶段分析 一、半导体材料行业的产业链结构 二、半导体材料行业发展阶段分析 三、行业所处周期分析 第二章全球半导体材料行业发展分析 第一节世界总体市场概况 一、全球半导体材料的进展分析 二、全球半导体材料市场发展现状 三、第二代半导体材料砷化镓发展概况 四、第三代半导体材料GaN发展概况 第二节世界半导体材料行业发展分析 一、2010年世界半导体材料行业发展分析 二、2011年世界半导体材料行业发展分析 三、2011年半导体材料行业国外市场竞争分析 第三节主要国家或地区半导体材料行业发展分析 一、美国半导体材料行业分析 二、日本半导体材料行业分析 三、德国半导体材料行业分析 四、法国半导体材料行业分析 五、韩国半导体材料行业分析 六、台湾半导体材料行业分析 第三章我国半导体材料行业发展分析 第一节2010年中国半导体材料行业发展状况 一、2010年半导体材料行业发展状况分析 二、2010年中国半导体材料行业发展动态 三、2010年半导体材料行业经营业绩分析 四、2010年我国半导体材料行业发展热点 第二节2011年半导体材料行业发展机遇和挑战分析一、2011年半导体材料行业发展机遇分析