回顧2015年LED照明行業(yè)，市場上有喜有悲，LED企業(yè)在“價格戰(zhàn)”的激烈競爭中，不斷尋求壓縮成本價格的技術方法，能否找到既便宜又實惠的材料是行業(yè)急需的一項任務，在2015年，石墨烯材料、硅材料、藍寶石材料成為LED行業(yè)人士常掛在嘴邊的熱點材料，下面由小編帶大家看看這三代材料的市場狀況，以利于企業(yè)窺探2016年新材料發(fā)展趨勢。

 

 

　　“神奇材料”石墨烯最先在2004年時被從石墨中分離出來，是由單層碳原子層構(gòu)成的蜂窩狀晶格二維原子晶體。石墨烯大約只有0.34納米厚--一個單原子的厚度，其特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)使其具備目前世界上最硬、最薄的特征，同時也具有很強的韌性、導電性和導熱性。

 

　　這是一種理想的替代型材料，被認為將在半導體、光伏、鋰電池、航天、軍工、LED、觸控屏等大量領域帶來材料革命。

 

　　石墨烯可調(diào)光燈泡號稱可節(jié)省10%的能源，使用壽命也更長，今年稍早，曼徹斯特大學(Manchester University)已發(fā)布以石墨烯為基礎開發(fā)的燈泡，該燈泡是將基于長絲形的發(fā)光二極管(LED)涂覆在石墨烯上，而該大學也聲稱，此可調(diào)燈光的LED燈泡可減少10%的耗電量。

 

　　石墨烯原材料石墨的市場售價約為3000元/噸，而提煉成石墨烯后，石墨烯的市場售價高達100萬元/噸。隨著批量化生產(chǎn)和大尺寸難題逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快，國內(nèi)外相關機構(gòu)的科研投入力度也在上升，市場關注度隨之升溫。

 

　　據(jù)了解，中國本身就有生產(chǎn)石墨烯的獨特優(yōu)勢。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國石墨礦儲量占到世界總儲量的75％，生產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70％。目前，我國石墨烯企業(yè)已超過百家，并在常州、無錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。

 

　　據(jù)了解，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI材料課題組在層數(shù)可控石墨烯薄膜制備方面取得新進展。課題組設計了Ni/Cu體系，并利用離子注入技術引入碳源，通過精確控制注入碳的劑量，成功實現(xiàn)了對石墨烯層數(shù)的調(diào)控。與傳統(tǒng)的CVD制備石墨烯工藝相比，離子注入技術具有低溫摻雜、精確的能量和劑量控制和高均勻性等優(yōu)點，采用離子注入法制備石墨烯單雙層數(shù)僅受碳注入劑量的影響，與氣體的體積比、襯底厚度以及生長溫度無關。此外，離子注入技術與現(xiàn)代半導體技術相兼容，有助于實現(xiàn)石墨烯作為電子材料在半導體器件領域真正的應用。

 

　　此外，7月16日，清華大學微電子所任天令教授課題組首次揭示了可通過電壓調(diào)控發(fā)光波長的發(fā)光器件。不同于傳統(tǒng)固定波長的LED，這一新型器件的發(fā)光波長(在單一器件內(nèi))可以在750nm至450nm之間連續(xù)可調(diào)，突破了現(xiàn)有顯示器件的顏色合成方式，有望對當代顯示、照明和通訊技術產(chǎn)生革命性影響。

 

　　點評：石墨烯雖然代表了新材料的發(fā)展態(tài)勢，然而市場上對石墨烯的應用還處在實驗室階段，大規(guī)模的商用市場仍待挖掘，但資本市場對石墨烯材料的炒作遠大于實際的應用，如何推動石墨烯材料的LED產(chǎn)業(yè)的應用才是最終目的。

 

 

　　目前全球40%能量作為電能被消耗，而電能轉(zhuǎn)換最大耗散是半導體功率器件。曾經(jīng)的“中流砥柱”Si功率器件已日趨其發(fā)展的材料極限，難以滿足當今社會發(fā)展對于高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環(huán)境以及輕便小型化的新需求。以碳化硅（亦稱“SiC”）為代表的第三代半導體材料憑借其優(yōu)異屬性，將成為突破口，正在迅速崛起。

 

　　SiC作為一種寬禁帶半導體材料，不但擊穿電場強度高、熱穩(wěn)定性好，還具有載流子飽和漂移速度高、熱導率高等特點，可以用來制造各種耐高溫的高頻、高效大功率器件，應用于Si器件難以勝任的場合。

 

　　其中，科銳SiC基MOSFET（金屬氧化物半導體場效應管）技術獲得顯著提升，能夠在1700V電壓下工作，開關損耗僅為采用傳統(tǒng)Si基IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的1/6，在實現(xiàn)高性能的同時還能減少配套零部件的物料成本，從而在系統(tǒng)層面顯著節(jié)約開支，可完全顛覆電源轉(zhuǎn)換領域現(xiàn)有規(guī)則，開啟更多令人振奮的設計選項。

 

　　我國材料企業(yè)近年來也從2英寸、3英寸、4英寸到如今的6英寸碳化硅單晶襯底實現(xiàn)了碳化硅單晶襯底自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

 

　　在LED半導體照明領域，SiC技術同樣發(fā)揮了重要影響和引領作用。SiC襯底，有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題，減少了缺陷和位錯，更高的電光轉(zhuǎn)換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱。

 

　　2015年12月底，“硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管”獲得2015年度國家科學技術獎技術發(fā)明一等獎，有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學家表示，在成本持續(xù)下降的背景下，硅襯底技術如若能獲得資本大力追捧，LED產(chǎn)業(yè)格局有望被重塑。

 

　　業(yè)內(nèi)人士表示，從國家戰(zhàn)略層面講，硅基氮化鎵技術是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術路線，可以構(gòu)建中國完全自主的LED產(chǎn)業(yè)；從產(chǎn)業(yè)層面講，基于硅材料的價格低廉和易于獲取、硅基氮化鎵技術的優(yōu)勢，利用成熟的集成電路產(chǎn)能，可以推動從設備到芯片、封裝等全產(chǎn)業(yè)鏈成本大為下降。“硅基氮化鎵技術接下來應該會得到國家相關政策的進一步扶持和支持，這對LED整個產(chǎn)業(yè)鏈都將會有巨大的影響，我們非常期待這些政策的落地。”上述人士如此說。A股中聯(lián)創(chuàng)光電、雪萊特等上市公司，涉及LED相關業(yè)務。

 

　　點評：碳化硅物理特性與硅有很大不同，一旦解決工藝問題，碳化硅器件制造流程短，體積重量小、抗氧化壽命長、輸出功率高的特點，而且碳化硅材料對電力的能耗極低，在LED照明領域，每年減耗的電能就相當于節(jié)約2600萬噸標準煤，是一種理想的節(jié)能材料，一旦在照明應用上實現(xiàn)突破，未來市場將不可估量。

 

 

　　據(jù)了解，目前藍寶石應用主要集中在LED襯底、窗口顯示材料、軍工等方面。其中LED襯底材料占比最大，大概占80%左右，是前一輪藍寶石供需周期中主要的影響因素。窗口顯示材料傳統(tǒng)用于手表、鏡頭等領域，最新Apple與GTAT的協(xié)議，打開了藍寶石應用于顯示屏的想象空間。

 

　　LED藍寶石襯底產(chǎn)業(yè)位于整個LED產(chǎn)業(yè)上游，對于上游原材料和加工輔料的需求量比較少，同時，LED藍寶石襯底產(chǎn)業(yè)也是技術與資金密集型產(chǎn)業(yè)，相對中國LED產(chǎn)業(yè)中下游環(huán)節(jié)比較集中的產(chǎn)業(yè)分布，上游藍寶石襯底的項目投資區(qū)域范圍比較分散，目前，中國藍寶石產(chǎn)業(yè)已形成了由技術高地向成本洼地分散布局的態(tài)勢。

 

　　2015年2月初，美國著名科技雜志公布京瓷Sapphire Shield堅不可摧的手機藍寶石屏幕被評十大最新技術之一。這個讓手機屏幕永不破裂的超堅固的藍寶石材料讓手機遠離碎屏的厄運，這讓照明行業(yè)也一度為之興奮，一旦藍寶石材料作為LED燈具襯底將大大提高燈具的堅固性能，在LED與非LED市場需求提升將為藍寶石產(chǎn)業(yè)帶來亮麗的表現(xiàn)與前景，據(jù)研究機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2016年藍寶石應用市場新增空間近20億美元，將是LED襯底材料的3倍以上的市場。

 

　　點評：前面石墨烯和硅兩大材料還處在研發(fā)階段，藍寶石材料已經(jīng)在量化生產(chǎn)中，今年蘋果的AppleWatch首次使用藍寶石材料，讓藍寶石材料廠商再度興奮起來，業(yè)內(nèi)人士看好未來藍寶石在手機屏幕、照明燈具外殼的市場將逐步提升。然而，前景是美好的，現(xiàn)實卻有點骨感，目前我國藍寶石產(chǎn)業(yè)可觀的計劃產(chǎn)能與滯后的實際產(chǎn)量存在一定的反差，2015年下半年隨著石墨烯材料和硅材料的興起，再加上藍寶石材料生產(chǎn)過程中仍有部分技術有待突破，市場上對于藍寶石產(chǎn)業(yè)仍持守觀望態(tài)度。