LED照明现在满大街都是,便宜得跟白炽灯似的。但倒退十几年,LED贵得很,一个原因就是衬底。做LED芯片得有个底,常用的底是蓝宝石或者碳化硅,这俩材料不便宜,尤其碳化硅,贵还难搞。所以芯片成本一直压不下来,LED灯也就贵,进不了普通家庭。
硅衬底这条路,就是想用硅来当LED的底。硅便宜、工艺成熟、大尺寸晶圆好做,这是它最大的优势。但硅和发光层材料的晶格不匹配、热膨胀系数也不一样,直接长上去容易出缺陷,发光效率和寿命都受影响。所以这门技术卡了很多年,难就难在怎么把发光层稳稳地长在硅上。
后来工艺突破,缓冲层技术、应力管理这些办法上去了,硅衬底LED的效率一点点追上来,虽然跟蓝宝石顶级水平还有差距,但成本优势太明显了。这对行业是大事——衬底一便宜,整片芯片成本就下来,LED灯的终端价也就有了下降空间。原来几十块一只的灯泡,慢慢打到几块钱,这才真正进了千家万户。
商业化上,硅衬底还有个隐性好处:它能直接复用半导体现有的产线和工艺。硅晶圆是整个集成电路行业的基础,设备、材料、人才都现成,LED厂不用另起炉灶,跟着硅产业走就行。这种"搭便车"对规模化特别关键,是它后来能上量的底层原因。
当然它也有短板。硅衬底LED的发光效率和峰值性能,到现在还是比不过碳化硅衬底的顶级产品,所以在一些高端应用——比如大功率、车灯、特殊照明——上还是后者占优。硅衬底更多是吃中低端、走量的市场。但正是这块走量的市场,撑起了整个半导体照明的商业化大盘,让LED从实验室小众玩意,变成了真正改变照明的通用技术。
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