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)開始顯得“力不從心”，外延膜由于變形導(dǎo)致龜裂的問題再次出現(xiàn)，芯片制造技術(shù)不夠穩(wěn)定、合格率也比較低。
最困難的時候，一批留學(xué)歸來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“升級換代”，晶能光電于實現(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)歸來青年中的一位。
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“學(xué)霸”之路
初次見到孫錢，這個80后的大男孩沒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)士和計算機科學(xué)與技術(shù)工程學(xué)士雙學(xué)位，并榮獲中科大獎郭沫若校長獎，同年以全系名的成績免試推薦到中科院半導(dǎo)體所讀研;2005年碩士畢業(yè)后進入耶魯大學(xué)深造，僅用四年獲得博士學(xué)位、并榮獲耶魯工學(xué)院獎Becton獎;2011年入選中組部國家“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”計劃和蘇州工業(yè)園區(qū)“金雞湖雙百人才”，2015年榮獲國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助，2016年榮獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎;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。翻看孫錢的簡歷，妥妥一部“學(xué)霸”成長記。
回憶往事，這個來自南通的農(nóng)家孩子表示，最初踏進半導(dǎo)體大門就是為了“好找工作”。2002年本科畢業(yè)時，因為家境比較貧窮，孫錢只能深埋出國進修夢，選擇被保送到中科院讀研。“選擇半導(dǎo)體所就是因為這專業(yè)畢業(yè)后好找工作，趕緊掙點錢，補貼家用。”孫錢大笑著說。孫錢在中科院半導(dǎo)體所開始跟隨導(dǎo)師楊輝研究員進行氮化鎵薄膜的研究，這也為其后來踏入硅襯底LED埋下了伏筆。
一次同學(xué)聚會再次重燃了孫錢的出國夢。“每個月有2000多美元獎學(xué)金啊，在國內(nèi)全職工作也掙不到這么多嘛，留學(xué)還能掙個學(xué)歷，開拓視野。”孫錢決定準(zhǔn)備出國，1個月考過了GRE，兩周考過托福。“如果本科時就出國肯定不會去耶魯，但當(dāng)時申請學(xué)校時發(fā)現(xiàn)美國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，孫錢沒有參加碩士畢業(yè)典禮，提前3個月到了耶魯開始實驗室工作。
小伙扛大梁
談及到硅襯底氮化鎵基LED時，骨子里的“狂妄”開始寫在這個靦腆男孩的臉上。
“在美國，氮化鎵已經(jīng)開始走下坡路了。”初到美國，孫錢就被博士生導(dǎo)師兜頭潑了一盆冷水。因為晶格失配和熱失配等問題長期無法解決，學(xué)術(shù)界已經(jīng)開始放棄硅襯底，涌向藍寶石襯底。
但孫錢卻決定挑戰(zhàn)這個難題。通過系統(tǒng)調(diào)研、查閱資料，孫錢提出了通過應(yīng)力控制來解決“龜裂”的方案。但這個方案并不被導(dǎo)師看好，“這不可能，別人做了那么久都沒有成功，你也不可能解決(龜裂)這個問題。”但孫錢頗為偏執(zhí)，繼續(xù)實驗，并在原理和機理上都獲得了很大的進展，方案獲得初步驗證。
“命運早已安排，你只需要做好自己。”這句話用在孫錢身上再合適不過，2009年博士畢業(yè)時趕上美國金融危機，但當(dāng)時LED產(chǎn)業(yè)一片欣欣向榮，孫錢在權(quán)衡之下投身到這個蓬勃的產(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，負責(zé)大尺寸硅襯底GaN基藍光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項目進展神速。不到半年，孫錢攻克了個難關(guān)，第五批外延片流片時就在硅襯底上實現(xiàn)了135流明/瓦的LED。全公司開始對硅襯底LED熱情高漲，項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個月縮短到3-5天;又不到半年后，孫錢及團隊在8英寸硅襯底上實現(xiàn)了160流明/瓦的高光效GaN基LED。普瑞光電用這項技術(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。
持續(xù)升級技術(shù)
事業(yè)漸入佳境，孫錢卻轉(zhuǎn)身回國，于2011年加入了晶能光電。“晶能光電董事長伍伸俊與我在硅谷談了三次，我就決定回來加盟，任職研發(fā)副總裁。”談及回國時，孫錢笑著說，“出國了我才發(fā)現(xiàn)我還真的挺愛國的?；貋硪彩浅鲇诹硗庖粋€私心，作為獨生子女，我不想父母隨我受離鄉(xiāng)之苦，這對他們平。”
回國加入晶能光電后，孫錢再次對技術(shù)進行創(chuàng)新升級、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)力控制層來解決裂紋問題，實現(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過程中故意積累足夠高的壓應(yīng)力，并以此來抵消材料生長完畢后降溫過程中因熱膨脹系數(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。”憑借該項技術(shù)，晶能光電成功實現(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)。
孫錢等人的貢獻在于：構(gòu)建了完整的技術(shù)鏈，實現(xiàn)了硅基氮化鎵從材料外延生長到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)品合格率及市場開拓都有了大幅度提升。2012年11月，國際半導(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。
從懵懵懂懂踏進半導(dǎo)體的大門，到干一行愛一行，孫錢十余年來一直從事寬禁帶半導(dǎo)體GaN材料生長及器件制備研究。對此，孫錢表示，“我兒時的夢想是成為一名杰出的科學(xué)家，在逐夢的征程上，無論順境逆境，不忘初心。”
“改變了目前日本日亞公司壟斷藍寶石襯底和美國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。”這是十年前國家863專家組對硅襯底LED項目作出的評價。江風(fēng)益和孫錢在接受采訪時也都強調(diào)，基于各自的優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域不同，硅襯底肯定不會取代另外兩條路線，將來的業(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)濟學(xué)家在接受采訪時表示，“該項技術(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項目不僅推動了技術(shù)鏈的創(chuàng)新，而且還同時進行了產(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年實驗室產(chǎn)品完成后，江風(fēng)益就帶領(lǐng)團隊于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，開啟了一邊出產(chǎn)品、一邊研發(fā)和改進性能的產(chǎn)業(yè)化征程。
產(chǎn)業(yè)鼎足之勢將立，老少兩代人的格局也不曾止步于榮譽，其各自開創(chuàng)的硅襯底技術(shù)路線也在不斷發(fā)展、升級。“科研成果是思想和技術(shù)的多次碰撞結(jié)果，一個思想出來了，實施中如果技術(shù)沒有優(yōu)化就可能得出此路不通的結(jié)論，而任何一個技術(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)益在接受采訪時感慨：“硅襯底LED還處于嬰兒期，團隊后續(xù)的研究也證實，其優(yōu)化后的硅基圖形化技術(shù)非常適合大功率LED外延生長與芯片制造，已經(jīng)實現(xiàn)了大功率器件的實驗室量產(chǎn)，即將進行產(chǎn)業(yè)化;接下來還將研發(fā)綠光、黃光LED，未來的目標(biāo)是不需要熒光粉激發(fā)，到2020年直接實現(xiàn)99%硅襯底LED發(fā)光。”
