諾貝爾物理學獎得主 天野浩教授UV-C LED / GaN Power專題演講摘要

2014年諾貝爾物理學獎得主天野浩教授於2018年10月03日受邀到中央研究院發表專題演講,分享他跟赤崎勇教授,以氮化鎵(GaN)為材料研發出藍光LED (Blue LED) 的歷程,以及後來如何轉向至紫外線LED (UV LED)研究及應用,還有氮化鎵在接下來的IoT物聯網及5G時代能帶來的科技創新潛能。


(圖: 諾貝爾獎官網)

天野浩從LED發展的歷史談起,提到他的啟蒙恩師赤崎勇對氮化鎵材料的堅持。由於在氮化鎵上很難長出完整無缺陷的晶片,以及缺乏相關的儀器設備,開發的過程相當艱辛。但是赤崎勇始終沒有放棄,並持續鼓勵天野浩跟其研究團隊。經過數年的努力,他們在1986年時成功以「低溫沉積緩衝層技術」合成出高品質的氮化鎵晶體,並在1989年以氮化鎵的pn 結構研發出藍色發光二極體。天野浩教授特別在講座中分享當年他跟赤崎勇教授一起登上報紙採訪的照片,當年29歲的他在恩師後面靦腆地笑著。25年過後,他們的研發成果在2014年10月7日獲得了諾貝爾物理獎的肯定。

研發出藍光LED之後,天野浩於1998年造訪美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)。這次的旅程讓他發現,自己不能滿足於藍光LED的研究成果,必須在科學研究及科技發展上有更進一步的突破,為人類帶來更多貢獻。他注意到,全球至少有6.63億人口人缺少安全用水,同時約有24億人口沒有使用殺菌設備。而在LED的研究領域中,紫外線LED能夠在水質淨化上發揮功能,他因此將研究重心從藍光LED轉到紫外線LED。

市面上多數UV-C LED 產品的峰值波長,約集中在280nm,而天野浩與Nikkiso共同研發出的 UV-C LED 產品可以平均波長強度,達到更好的殺菌能力。深紫外線 LED (DUV LED) 產品高效率化則以提升外部量子效率為主,主要包含三大因素:內部量子效率、電子注入效率與出光效率。其中,內部量子效率 (IQE) 可透過採用 AlN基板 (Bulk AlN) 或是採用 AlN 緩衝層/中介層 (AlN Template)降低缺陷密度,將內部量子效率提升到60~80%;而多重量子障壁 (MQB)中降低載板密度(Carrier Density)也可將電子注入效率提升到大於80%。

氮化鎵功率半導體則是天野浩關注的另一個研究重點。在人口持續成長且消耗大量能源的當代社會,如何有效率提升能源轉換、減少能源浪費跟降低碳排放量,都是全世界科學家關注的議題。天野浩指出,若能以氮化鎵電晶體取代當前普及的矽電晶體,電力轉換的效率將會大幅提升。此外,氮化鎵技術也是無線傳輸的重要關鍵。除了物聯網的資訊傳輸之外,氮化鎵還能應用在無線電力傳輸,日常生活中的電器用品將不再需要接線充電,這項變革將徹底改變當前的生活方式。

而氮化鎵當前最大的阻礙在於,目前的開發成本依然太高,要達成商業化普及仍有難度。為了加速此技術的發展,氮化鎵研究及應用聯盟The Consortium for GaN Research and Application於2015年10月1日成立,目前成員有包含名古屋大學在內的20所大學、3間日本國家級研究機構以及49間民間企業。該聯盟透過學術跟產業界的互補結合,從氮化鎵晶體成長,到光學設備研發,再到能源及無線傳輸,集結各路菁英的研究,期待在更多創新應用上有突破跟進展。天野浩表示,聯盟的研究團隊目前正在研發降低氮化鎵成本的技術,如果成功,將能夠大幅降低成本並加速商業化進程。

 

LEDinside 觀點
根據TrendForce LED研究(LEDinside)最新發布的「2018 紫外線 LED 應用市場報告- 固化、醫療、殺菌」顯示 2016-2017 年可見到UV LED產品積極開展於各應用之中,根據廠商營收表現,UV LED市場產值於2017年成長至2.23億美金,預估2022年將會到達12.24億美金,2017-2022 年複合成長率達33%。除固化市場穩定成長之外,表面殺菌、靜止水殺菌、流動水殺菌為未來五年 (2018-2022) 主要成長動能。

同時,根據 LEDinside 觀察,近期將有多家UV LED 廠商即將推出UV-C LED 產品,如需詳細資訊,歡迎來電或來信。
 

LEDinside 2018 紫外線 LED 應用市場報告- 固化、醫療、殺菌
出刊日期: 2018年4月25日,市場訊息更新於2018年10月
語言: 中文/英文
格式: PDF
頁數: 174

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