院士讲坛 | 郑有炓：第三代半导体助力推进现代制造业的发展
- 来源：
- 2017-12-15
先进制造业院士讲坛是由深圳市提升企业竞争力战略咨询委员会、深圳市政府发展研究中心、深圳工业总会、深圳市先进制造业联合会共同创办的传播前沿科学技术、引领先进制造业发展的常年公共科技平台。除每两月一期的“院士开讲”，还有深入企业调研、“对话院士”座谈会、院士报告会等活动，持续发挥中国科学院、中国工程院顶级智库资源，指导企业开展科技攻关，全面提升深圳企业自主研发实力，引领深圳企业成为共和国先进制造业的第一方队。
在第一期“院士开讲”上，中国科学院院士、深圳先进制造业院士指导委员会委员郑有炓，详细介绍了第三代半导体在高科技领域的广泛应用，受到媒体与业界热烈响应。
第三代半导体的诞生
半个多世纪以来，第一代、第二代半导体极大地促进了信息技术的革命，使人类社会从工业社会进入到今天以互联网为标志的信息社会。在第一代、第二代半导体技术支撑之下，信息技术进入社会各个领域、各个层面，改变了社会的生活方式、生产方式，对社会的发展带来了不可估量的影响。
太阳光谱
第三代半导体氮化镓、碳化硅具有特殊的宽禁带材料的性质，可以实现宽光谱、高能效电光能量互转换功能。它的光谱基本接近太阳光谱，是准太阳光谱。能进行光电相互转化，是非常特殊的材料，由此可以发展出很多技术。可以说第三代半导体技术是颠覆性的技术，它超越第一代半导体锗硅和第二代半导体砷化镓、磷化铟，在光电子领域、功率电子领域、射频领域里面发挥重要的作用。第三代半导体技术实际上就是宽禁带半导体技术。
作为固态光源，1993年日本科学家第一次推出高亮度商业化的蓝光LED，用蓝光LED激化黄光荧光粉，蓝光、黄光混合变成白光，量子效率达到90%以上。这种用物理方式来创造白光的技术，改变了整个照明领域传统的方式，引发了固态照明技术革命，开启固态照明新纪元。目前LED灯可以每瓦到200-300流明，能效可接近白炽灯的20倍、荧光灯的4倍。如果所有照明都采用LED的话，整个能效可以降低50%。
蓝光LED
不仅仅蓝光，现在从黄光到紫光很宽范围都能创造出来。除了白光以外，紫光又是一个吸引眼球的点，这将是下一波重大发展领域的新技术——紫光技术。紫光技术最主要的是紫外固化技术，几乎没有一个工业不需要紫外固化。最简单的例子，以前补完牙齿以后晚上才能吃饭，3D打印出来后紫光固化，马上就可以吃饭。第二个是杀菌技术，很多环境各种空间都需要消毒杀菌。这两项技术将给整个社会带来巨大的变革，有着广阔的市场。
第三代半导体是具有极端光电性能和能耐恶劣环境的新一代高能效低功耗半导体技术，它不是新器件，而是器件发出新的功能，即高能效、低功耗，这也正是目前技术社会发展所需求的。它克服了第一代、第二代半导体发展的短板，并与第一代、第二代协同创新发挥作用。将来应该是三代半导体同步支持信息技术的发展。
三星与苹果中的第三代半导体
在地球表面上几乎任何地方都需要光，凡是与光相关的领域都可以应用LED，实现需要的光、波长和能量，从而推动各个产业的转型升级。最近研究比较重要的LED Li-Fi技术，比WIFI技术快100倍，而且不受电磁波干扰，可以实现高速宽带数据传输，一部高清电影只要一两秒钟就能下载。用光波来实现宽带数据传输，可以作为物联网的补充，这是跨界融合的重要商机。
三星公司推出的全球首个LED电影院
上个月三星公司推出的全球首个LED电影院，不用关灯，全是LED显示屏，观众跟画面一体化，这样真正产生真实感，变成很好的AR/VR技术。数字激光电影才发展没有多少年，就要被LED取代了。目前国内激光投影产业大概每年有400亿美元，如果是LED代替它有多大前景呢？大家可以想象一下。间距缩小以后就开拓了更大的技术应用范围。
目前在电子制造业里面，普遍看好采用第三代半导体碳化硅、氮化镓的电子器件。世界上几个电子器件巨头公司全部投入其中，应用器件的大公司也已开始重点关注。所以说这是一场不知不觉新的变革，第三代电子器件将逐步取代硅的技术。它的优势非常明显，大大减少能耗的同时，体积更小、重量更轻，可靠性高且移动方便。另外可以支持高电压、大电流，满足高铁、航空母舰、电磁弹射炮等大功率的要求。这些都是第一二代半导体力有不足的。
无线充电技术
现在苹果手机推出无线充电，国际上也要求电动车充电不用电线，而是在马路上建好射频源，车停下来就可以无线充电。无线充电具有非常广阔的商业前景，其核心——氮化镓射频技术，目前看来是热点，但未来的应用很广泛，它将取代磁控管开拓全新的市场，而不仅仅是对现代科学技术很重要。当然这会有一个过程，但迟早会走到那一步。
“物联网+业界”各个领域转型升级
信息技术发展浪潮有三个，第一个是计算机浪潮，应用第一代半导体，已经走过了。第二个浪潮是互联网，就在近几年。这是第一代、第二代半导体技术发展起来的。目前新一代发展，是在第一代、第二代、第三代共同支撑下，进入万物互联的物联网时代。如果说互联网改变了人们的生活，那么物联网改变了社会，改变了社会的未来。将来制造可能是个性化的智能制造，是用数据分析来设计产品全生命周期的制造。“物联网+业界”，意味着各个领域转型升级。
在此，我提两个建议：
第一，建议深圳市充分发挥综合优势，加快发展物联网技术，构建万物互联，实现智能化的数字深圳，挖掘利用工业互联网大数据资源，为使我国早日实现制造强国作贡献。要实现物联网要5G网络，我国领头企业就是华为、中兴，5G网络最大优势在深圳。
第二，建议智能装备或者智能技术尽早采用第三代半导体技术。在国内电子领域里面，一场静悄悄的变革可能将在七八年的时间内发生，与其等待变化，不如抢占先机，在尖端、高端的装备里面就用第三代半导体技术，特别是移动智能装置。新一代智能装备/设备再不允许以巨大能耗为代价，绿色产业、绿色设备、绿色产品，是必然的发展方向。
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