硅襯底LED項(xiàng)目是否有望沖擊國(guó)際大獎(jiǎng)?對(duì)此問(wèn)題，江風(fēng)益回答得很純粹，“我們搞科研從來(lái)不曾以獲獎(jiǎng)為目的，搞科研就是要踏踏實(shí)實(shí)做出服務(wù)人類、改善民生的技術(shù)成果，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。”
邂逅“發(fā)光”
“讓您大老遠(yuǎn)來(lái)一趟，真是辛苦了。”記者如約來(lái)到南昌大學(xué)材料研究所，江風(fēng)益已經(jīng)等候在一樓大廳。入座后記者環(huán)顧江的辦公室，半舊的辦公桌、兩張簡(jiǎn)單的木質(zhì)沙發(fā)椅，這就是大學(xué)校長(zhǎng)的辦公室?不過(guò)，陋室亦有不凡之物——一只功能強(qiáng)大的日光燈。
“江 老師您這燈挺不錯(cuò)啊。”記者忍不住贊道。江風(fēng)益笑道，“你適合做記者啊，這燈就是咱們工程中心用硅基發(fā)光技術(shù)做的呀，一根頂3-4根傳統(tǒng)的日光燈， 而且光線均勻、品質(zhì)好;不僅我的辦公室，研究所和工程中心都是用這燈。”話題就此展開(kāi)，江風(fēng)益的思緒也飄到他邂逅“發(fā)光”的那些歲月。
1963 年，在江西余干的一個(gè)農(nóng)家小院里，江風(fēng)益呱呱落地。江風(fēng)益自小聰慧好學(xué)，性格沉靜。1980年他以優(yōu)異成績(jī)考取了吉林大學(xué)物理系原子核物理專 業(yè)，成為該村第一個(gè)大學(xué)生。畢業(yè)后他放棄了到北京工作的機(jī)會(huì)，毅然選擇了回到出生的那片紅土地，在江西工業(yè)大學(xué)(該校后與江西大學(xué)合并為南昌大學(xué))任教， 并在1987年考取了中科院長(zhǎng)春物理研究所碩士研究生，攻讀發(fā)光學(xué)專業(yè)。
“當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)發(fā)光專業(yè)有兩個(gè)地方，一個(gè)是中科院長(zhǎng)春物 理研究所，一個(gè)是中國(guó)科技大學(xué)，發(fā)光研究人員很少。”江風(fēng)益回憶道，碩士畢業(yè)后，面對(duì)讀博、留長(zhǎng)春物 理所、回到江西工業(yè)大學(xué)的抉擇，江風(fēng)益再次選擇回到故鄉(xiāng)、回到江西工業(yè)大學(xué)。“我沒(méi)有什么野心，在大學(xué)從事教學(xué)工作，再做做研究，我就覺(jué)得很滿足啦。”
就 這樣，江風(fēng)益于1990年再次回到江西工業(yè)大學(xué)，開(kāi)始了他的“發(fā)光”事業(yè)。1993年，在江風(fēng)益提議下，南昌大學(xué)(此時(shí)江西工業(yè)大學(xué)已并入南昌大學(xué)) 貸款60萬(wàn)元籌建了材料科學(xué)研究所，江風(fēng)益開(kāi)始了發(fā)光領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，并在1995年申請(qǐng)到國(guó)家自然科學(xué)基金。2011年，經(jīng)科技部批準(zhǔn)，南昌大學(xué)組建了 國(guó)家硅基LED工程技術(shù)研究中心。
“其實(shí)真正的技術(shù)研發(fā)工作是從1997年開(kāi)始的，在當(dāng)時(shí)的江西省高科技協(xié)調(diào)會(huì)上我校提出做 藍(lán)光材料，最終省委省政府拍板給南昌大學(xué)240萬(wàn)的資助開(kāi)展這 項(xiàng)研究。”江風(fēng)益說(shuō)起最初的資金來(lái)源，其中20萬(wàn)是科技廳資助、20萬(wàn)是發(fā)改委撥款，其余的200萬(wàn)是南昌大學(xué)向省財(cái)政的借款。有了經(jīng)費(fèi)支持，江風(fēng)益著手 研發(fā)工作，開(kāi)始跟蹤藍(lán)寶石襯底GaN藍(lán)光LED技術(shù)。
砥礪前行
事非經(jīng)過(guò)不知難。
“說(shuō)艱苦創(chuàng)業(yè)一點(diǎn)也不為過(guò)，當(dāng)時(shí)的條件連小米加步槍都不能算吧，資料匱乏、設(shè)備簡(jiǎn)陋、團(tuán)隊(duì)主要成員調(diào)離、各種質(zhì)疑，還好堅(jiān)持了下來(lái)，也算做出了一些有意義的工作。”回憶曾經(jīng)的艱難困苦，江風(fēng)益依然面帶微笑、語(yǔ)氣淡然。
“最 初的研究只是跟蹤藍(lán)寶石襯底，但也很困難，可參考的資料很少，也不清楚日本人用的是什么設(shè)備、工藝，沒(méi)有錢也買不到合適的設(shè)備就自己動(dòng)手組裝。”江 風(fēng)益回憶道，“舉個(gè)例子，設(shè)備最核心的是反應(yīng)管，當(dāng)時(shí)日本人的論文顯示他們采用雙氣流反應(yīng)管，但我們完全不知道怎么制造這個(gè)設(shè)備，不知道設(shè)備結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)工 藝嘛，就憑自己的理解，用最簡(jiǎn)單的反應(yīng)管來(lái)進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)。”自己動(dòng)手組裝設(shè)備的傳統(tǒng)保留到了現(xiàn)在，直到今天，工程中心的很多設(shè)備還是自己研發(fā)組裝的。
經(jīng) 費(fèi)匱乏、研究工作進(jìn)展不理想和各種質(zhì)疑，都有可能成為壓垮這個(gè)項(xiàng)目的最后稻草。“當(dāng)時(shí)我們團(tuán)隊(duì)人非常少，只有3、5人，研究的過(guò)程漫長(zhǎng)而痛苦，在最后 的關(guān)鍵階段主要成員卻因家庭原因而離開(kāi)。就是這時(shí)候，有專家跟江西省政府建議不要再支持這個(gè)項(xiàng)目，他認(rèn)為我們水平不行，根本做不出來(lái)。其實(shí)這個(gè)專家不是研 究發(fā)光的，也可能只是一個(gè)無(wú)心的建議，但這差點(diǎn)扼殺了我的整個(gè)研究生涯。”為了堅(jiān)持這個(gè)項(xiàng)目，江風(fēng)益當(dāng)時(shí)就辭去了副院長(zhǎng)的職務(wù)，全力扎到實(shí)驗(yàn)室。最終，這 個(gè)藍(lán)光項(xiàng)目以紫光研究成果通過(guò)了863專家驗(yàn)收。
跟蹤藍(lán)寶石3年多后，深圳一家企業(yè)找到江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)藍(lán)光LED。有了企業(yè)的資金支持，產(chǎn)品很快做到市場(chǎng)準(zhǔn)入水平。鑒于成果超出合同要求，該企業(yè)主動(dòng)將技術(shù)轉(zhuǎn)讓價(jià)款從400萬(wàn)提升至450萬(wàn)。
做 到有所為有所不為是江風(fēng)益成功的性格因素。跟上述企業(yè)合作結(jié)束后，江風(fēng)益再次回到學(xué)校，回到實(shí)驗(yàn)室，并在多方嘗試后將目光鎖定在硅襯底LED。“跟企 業(yè)的合作讓我受益良多，那時(shí)候，從技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品定位、產(chǎn)業(yè)化上都有了一些不同的想法，想做一些更新的東西。”江風(fēng)益說(shuō)，“從2002年起，我就開(kāi)始嘗試 做新的發(fā)光材料，最早嘗試的是氧化鋅材料，但在取得了一定的研究進(jìn)展后，鑒于其P型氧化鋅和發(fā)光層結(jié)構(gòu)的難以形成、材料穩(wěn)定性不高，我認(rèn)為這個(gè)材料不太適 合做發(fā)光器件，秉承有所為有所不為的性格，就果斷轉(zhuǎn)向了硅基氮化鎵。”
5000次試驗(yàn)
在追蹤藍(lán)寶石襯底技術(shù)7年后，江風(fēng)益于2003年將目光對(duì)準(zhǔn)了硅襯底LED技術(shù)。
彼時(shí)，藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底已經(jīng)把持了LED全行業(yè)市場(chǎng)。“藍(lán)寶石和碳化硅核心專利全在日美等國(guó)手里，如果我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)仍沿著這兩條技術(shù)路線發(fā)展，勢(shì)必會(huì)因技術(shù)壁壘而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，產(chǎn)業(yè)難以可持續(xù)發(fā)展。”江風(fēng)益表示。
此 時(shí)，硅襯底LED已被絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)外同行判處“死刑”。鑒于藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底各自的不足，在硅襯底上制備高光效GaN基LED成為學(xué)界夢(mèng)寐以求 的目標(biāo);但是由于硅和氮化鎵巨大的晶格失配和熱失配導(dǎo)致外延膜龜裂、晶體質(zhì)量差，襯底的不透光導(dǎo)致出光率較低等問(wèn)題長(zhǎng)期不能解決，硅襯底LED逐漸被學(xué)界 認(rèn)為是無(wú)法完成的工作。
“當(dāng)時(shí)也知道這是個(gè)世界難題，研究難度很大，但研究實(shí)踐下來(lái)，我們覺(jué)得還是有希望的。”江風(fēng)益對(duì)自己 的研究團(tuán)隊(duì)稱贊有加，“我的博士生在實(shí)驗(yàn)做到第六次 時(shí)就已經(jīng)激發(fā)出那么一點(diǎn)點(diǎn)藍(lán)光，雖然很微弱，但已經(jīng)讓我們很興奮，發(fā)出藍(lán)光就有戲嘛。”江風(fēng)益清楚記得那天是2003年12月28日。在次日的年終總結(jié)表 彰大會(huì)上，江風(fēng)益授予這個(gè)博士生“工程中心自然科學(xué)三等獎(jiǎng)”。
南昌大學(xué)對(duì)該項(xiàng)研究的鼎力支持也讓江風(fēng)益更有信心，彼時(shí)學(xué)校從教育部給予的4500萬(wàn)的“教育振興行動(dòng)計(jì)劃”款中拿出1945萬(wàn)扶持硅襯底LED研究。
江風(fēng)益采用的是硅基圖形化技術(shù)，把整個(gè)襯底平面分割刻成一個(gè)個(gè)“芯片大小的方塊”，每個(gè)方塊之間外延材料互不相連，大大減少了熱失配產(chǎn)生的張應(yīng)力，外延膜就不會(huì)因?yàn)樽冃味a(chǎn)生龜裂。
最終，實(shí)驗(yàn)室的那一點(diǎn)幽弱藍(lán)光形成了星火，開(kāi)始了燎原之勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)成功了，并量產(chǎn)了一些小功率的器件。
但 這其中的艱辛也許只有身處其中才能體會(huì)。從設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)、到中試、再到小規(guī)模量產(chǎn)，江風(fēng)益的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了5000多次試驗(yàn);2004年，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出硅襯 底GaN基LED材料與器件技術(shù)，2005年完成了實(shí)驗(yàn)室樣品，2006年依托硅襯底LED技術(shù)成立晶能光電，2007年中試成功，2008年開(kāi)始小批量 試生產(chǎn)，2009年實(shí)現(xiàn)硅襯底小功率LED芯片量產(chǎn)。
2016年1月8日，2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在人民大會(huì)堂隆重 舉行，江西省推薦的“硅襯底LED項(xiàng)目”榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，江風(fēng)益作為項(xiàng) 目第一完成人代表團(tuán)隊(duì)上臺(tái)接受了頒獎(jiǎng)。對(duì)此殊榮，江風(fēng)益表示，這是整個(gè)團(tuán)隊(duì)60多人的集體貢獻(xiàn)，感謝科技部、工信部、江西省政府、南昌市政府、南昌高新區(qū) 和南昌大學(xué)等各方的大力支持。
“從1987年我到中科院長(zhǎng)春物理研究所攻讀發(fā)光學(xué)專業(yè)碩士研究生算起，我在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)29 個(gè)年頭了，回顧科研工作經(jīng)歷，可以用井岡山24字精神概述 之：堅(jiān)定信念、艱苦奮斗、實(shí)事求是、敢創(chuàng)新路、依靠群眾、勇于勝利。”江風(fēng)益總結(jié)科研半生，頗為感慨。采訪過(guò)程中，江風(fēng)益多次提到要感謝各級(jí)政府的支持和 團(tuán)隊(duì)的堅(jiān)持，“做科研要吃得了苦、吃得了虧，還要臉皮厚，不要太在乎別人看法，堅(jiān)持自己。”當(dāng)記者問(wèn)及硅襯底LED項(xiàng)目是否有望沖擊國(guó)際大獎(jiǎng)時(shí)，江風(fēng)益表 示“搞科研從來(lái)不曾以獲獎(jiǎng)為目的，搞科研就是要踏踏實(shí)實(shí)做出服務(wù)人類、改善民生的技術(shù)成果，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。”
而談及LED產(chǎn) 業(yè)和個(gè)人后續(xù)發(fā)展，江風(fēng)益再一次強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)和有所為有所不為，“從技術(shù)角度看LED還處于嬰兒期，誰(shuí)能突破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)100%LED照明，誰(shuí)就能引導(dǎo)下 一代半導(dǎo)體照明技術(shù);而氮化鎵材料在功率器件方面更具有廣闊的前景。我還是繼續(xù)有所為有所不為，專注發(fā)光吧，希望研究團(tuán)隊(duì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)需熒光粉的 100%LED照明。”
