Перспективы производства светодиодов синего свечения в Российской Федерации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы производства светодиодов синего свечения в Российской Федерации

Бобок Е.А.

Томский университет систем управления и радиоэлектроники

Аннотация

Современный уровень исследований полупроводников и уровень развития полупроводниковых технологий таков, что уже в ближайшие годы в России может быть создана сильна отрасль по производству светодиодов синего свечения, что позволит обеспечить не только свои потребности в светодиодных источниках света, но и конкурировать на мировом рынке.

Ключевые слова: перспективы, производство, светодиоды синего свечения, Российская Федерация.

Abstract

Prospects for the production of LEDs in the blue glow of the Russian Federation

Bobok E.A.

Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics

The current level of research of semiconductors and semiconductor technology development level is such that in the coming years is strong industry for the production of LEDs blue luminescence could be established in Russia that will ensure not only their needs for LED light sources, but also to compete in the global market.

Keywords: perspective, production, LEDs glow blue, Russian Federation.

Интерес к светодиодам растёт быстрее, чем область их применения в современной электронике и светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели - все как будто замерли на старте, боясь отстать один от другого. Попробуем разобраться, почему светодиодам пророчат большое будущее.

В 1907 году английский инженер Х.Д. Раунд, трудившийся во всемирно известной лаборатории Маркони, случайно заметил, что у работающего детектора вокруг точечного контакта возникает свечение. Всерьез же заинтересовался этим физическим явлением и попытался найти ему практическое применение Олег Владимирович Лосев.

Обнаружив в 1922 году во время своих ночных радиовахт свечение кристаллического детектора, этот тогда ещё 18-летний радиолюбитель не ограничился констатацией факта, а незамедлительно перешёл к оригинальным экспериментам. Стремясь получить устойчивую генерацию кристалла, он пропускал через точечный контакт диодного детектора ток от батарейки. Лосев писал: «У кристаллов карборунда (полупрозрачных) можно наблюдать (в месте контакта) зеленоватое свечение при токе через контакт всего 0,4 мА… Светящийся детектор может быть пригоден в качестве светового реле как без инертный источник света»

Весь мир заговорил об «эффекте Лосева», на практическое применение которого изобретатель успел получить до своей гибели в 1942 г. четыре патента.

В 1951 г. центр по разработке «полупроводниковых лампочек», действующих на основе «эффекта Лосева», был создан в Америке, где его возглавил К. Леховец. В исследовании проблем, связанных со светодиодами, принял самое деятельное участие и «отец транзисторов» физик В. Шокли. Вскоре выяснилось, что германий (Ge) и кремний (Si), на основе которых делаются полупроводниковые триоды (транзисторы), бесперспективны для светодиодов из-за слишком большой «работы выхода» и, соответственно, слабого испускания фотонов на р-n-переходе. Успех же сопутствовал монокристаллам из сложных композитных полупроводников - соединений галлия (Ga), мышьяка (As), фосфора (Р), индия (In), алюминия (Al) и других элементов. синий светодиод кристаллический детектор

Однако реализованы на практике эти идеи были лишь в 60...70-е годы, после обнаружения эффективной люминесценции полупроводниковых соединений типа AIIIBV - фосфида (GaP) и арсенида (GaAs) галлия и их твёрдых растворов. В итоге на их основе были созданы светодиоды и таким образом заложен фундамент новой отрасли техники - оптоэлектроники [1].

Синий светодиод - самый молодой. Производить серийно синий светодиод стали совсем недавно. Он вошел в моду в начале 2000-х. Хотя ажиотаж со временем уменьшился, регулярно появляются новые способы использования полупроводника с синим свечением.

Немного истории. Первые синие светодиоды были изготовлены еще в 1971 году, однако их выпуск в больших масштабах начался сравнительно недавно - в 1993 году. Благодарить за это надо японца Сюдзи Накамуру, сумевшего правильно проанализировать и применить результаты исследований других ученых. Он взял за основу уже известный полупроводник GaN (нитрид галлия), подобрал легирование и произвел термообработку. В итоге получилась структура, излучающая яркий голубой свет.

Характеристики и применение

Длина волны голубого цвета, излучаемого диодом, составляет 450-500 нм. При этом падение напряжения на диоде находится в интервал 2,5-3,7 В.

Если взять высококачественный светодиод синего света, и эксплуатировать его при оптимальных условиях, то срок службы составит 70 тысяч часов. После первых 25 тысяч часов наблюдается падение интенсивности излучения на 15%.

Это значит, что прибор может непрерывно работать почти 3 года без существенных потерь качества. Оптимальные условия означают отсутствие перегрева и стабильность тока, протекающего через диод.

Яркое синее свечение настолько всем понравилось, что его стали применять в конструкции многих электронных приборов. Можно увидеть синюю подсветку жидкокристаллических дисплеев, автомобильных панелей, компьютерной клавиатуры. Помимо этого, есть и другие применения:

· в рекламе для создания ярких вывесок и запоминающихся образов;

· в дизайне помещений;

· в наружном ночном освещении;

· в новогодних гирляндах и т. д.

Важность изобретения качественной синей «led-лампочки» состоит в том, что без нее невозможно было создать светодиодный экран, передающий все оттенки цветов. Ведь для этого необходим белый свет, а для белого, как известно, требуется три составляющих: красный, зеленый и синий. Это знаменитая RGB-схема, где под буквой B скрывается blue.

Помимо этого, синий светодиод стали использовать для получений чистого белого света в освещении. Вспомните желтые кружечки на светодиодных лентах и на других осветительных приборах. Это люминофор, который и является помощников в получении белого света[2].

Теперь понятно, почему синий led так важен в современной индустрии. И почему его производством заняты самые крупные мировые компании.

Светодиодная отрасль развивается семимильными шагами. Производство светодиодов, несмотря на отставание наших технологий по сравнению с европейскими и американскими, тем не менее, имеет место и в России. Производство светодиодов у нас представлено в основном в двух возможных вариантах:

· полный цикл, включающий выращивание кристаллов в эпитаксиальных реакторах;

· изготовление светодиодов из импортного сырья (чипов) путем корпусирования, нанесения люминофоров и пр.

Россия сильно отстает в развитии данной отрасли производства от Европы и юго-восточной Азии, поэтому компании с полным циклом можно пересчитать по пальцам.

ЗАО «Оптоган»

Предприятие ЗАО «Оптоган» создано при инвестициях ГК «Роснано», ФГ «Онэксим и ОАО «РИК» в 2009 году, однако история «Оптоган» начинает свой отсчет с 2004 года, когда ученики нобелевского лауреата Жореса Алферова организовали в финляндии компанию OptoGaN. Название компании состоит из двух частей - Opto (приставка не требующая пояснения) и GaN - нитрид галлия, полупроводниковый материал лежащий в основе светодиодов.

Производство кристаллов первоначально было размещено за рубежом, в Германии, однако уже в 2010 году новый завод под Санкт-Петербургом общей площадью 15 500м2 принимала Россия. На заводе организовано производство светодиодов различной мощности в том числе, изготавливаемых по технологии Chip-On-Board. В 2011 году Россия увидела первую светодиодную лампочку от «Оптоган», которая тут же поступила в широкую продажу через сеть «Эльдорадо».В 2012 году «Оптоган» и «Philips» создают совместное предприятие по разработке световых решений. На сегодняшний день в серийном производстве светодиодов достигнута эффективность 160 лм/вт.

ООО «ИРСЭТ-центр»

Входит в ОАО «Интер РАО Светодиодные системы» наряду с компанией «Светлана-оптоэлектроника». Наследник завода по производству световых приборов и микроэлектронной техники «Светлана», основанного в 1895 году.

Завод находится в Санкт-Петербурге, оснащен импортным современным оборудованием для производства светодиодов в полном цикле. Завод ориентирован в основном на производство мощных белых светодиодов (рис.1). Проектная мощность - 3,5 млн. одноваттных светодиодов в месяц.

Рисунок-1 - светодиод

ОАО «НИИПП»

ОАО «НИИПП» г. Томск - одно из старейших предприятий, занимающихся разработками в области оптоэлектроники. В отличие от предыдущих компаний, специализируется на ИК-светодиодах, а также имеет в номенклатуре светодиоды малой мощности индикаторного типа. ОАО «НИИПП» планируется сделать головным предприятием «светодиодного кластера», который создается в особой экономической зоне в Томской области.

Возможно, в скором времени Россия получит новое современное предприятие по производству светодиодов. В Мордовии на базе старейших светотехнических предприятий этого региона создан «светотехнический кластер», который планируется интенсивно развивать при государственной поддержке. Корейская компания Nepes запускает в Саранске производство полного цикла, отличающееся тем, что конструкция конечного продукта будет выполнена по технологии удаленного люминофора. Обычно люминофор наносится на поверхность кристалла, что уменьшает его ресурс из-за нагрева.

Производство светодиодов сверхсложный и трудоемкий процесс, который требует дорогостоящего оборудования и высококвалифицированных кадров.

Однако развивать эту наукоемкую отрасль, несомненно, нужно, пусть и при поддержке государства, и с заимствованием опыта иностранных компаний. Надеемся, что развитие данной области, подстегнут санкции западных стран и США, направленные против России.

Также правительство РФ 28 августа 2015 года приняло Постановление [4], в котором указаны новые требования к энергоэффективности, которые открывают дорогу светодиодному освещению.

По сути это означает, что в России скоро не будет других осветительных приборов, кроме светодиодных. С 1 июля 2016 года вводится запрет на приобретение ртутных, люминесцентных ламп, неэлектронных пускорегулирующих устройств и прочих технических и осветительных приборов, которые имеют низкий класс энергоэффективности. Это значит, что со второго полугодия следующего года можно будет использовать только светодиодное освещение и все старые неэффективные осветительные технологии умирают.

Пока данная мера касается только бюджетных учреждений и действуют для госзакупок осветительных приборов, но это уже начало массового перехода на светодиодное освещение и не исключено, что в ближайшее время все предприятия перейдут на светодиоды. Даже если не будет другого законодательного акта [5].

В связи с этим считаю развитие отрасли по изготовлению светодиодов синего свечения несомненно перспективной, так как при повсеместном переходе на светодиодное освещение потребуется огромное количество светодиодов. Этот вопрос необходимо решать на государственном уровне, и произвести капиталовложение в эту перспективную отрасль.

Список литературы

1. Transistor - [Электронный ресурс] - режим доступа URL: http://www.transistor.ru/press/articles/88 (дата обращения 26.11.2016)

2. Le-diod [Электронный ресурс] - режим доступа URL:

http://le-diod.ru/vidy/sinij-svetodiod/ (дата обращения 26.11.2016)

3. Le-diod [Электронный ресурс] - режим доступа URL:

http://le-diod.ru/vidy/proizvodstvo-svetodiodov-v-rossii/

(дата обращения 26.11.2016)

4. government.ru - [Электронный ресурс] - режим доступа URL:

http://government.ru/media/files/dWJqJf6oKAFkjmVEcLVxql5dVCEnAfKH.pdf (дата обращения 26.11.2016)

5. Даримсвет - [Электронный ресурс] - режим доступа URL: http://даримсвет.рф/svetodiodnoe-osveshhenie/rossiya-perexodit-na-svetodiodnoe-osveshhenie-na-urovne-pravitelstva-svetodiodnoe-osveshhenie/

(дата обращения 26.11.2016)

Размещено на Allbest.ru