莞企实现LED上游材料产业化 中图科技专注蓝宝石衬底细分领域，实现产品进口替代
■东莞市中图半导体科技有限公司生产线本报记者 郑志波 摄
3月8日上午，在东莞市中图半导体科技有限公司（以下简称“中图科技”）的无尘车间里，大量的刻蚀设备不停地在一块块4英寸大小的图形化蓝宝石衬底上刻着相同的图形。这是中图科技蓝宝石衬底自动化生产线。
“公司基于蓝宝石衬底方面的研究成果，成功地实现了产业化生产。”该公司总经理助理刘凤仪告诉记者，目前，公司蓝宝石衬底产品年产能超过4500万片（折合成2英寸蓝宝石衬底），产品畅销国内外，打破了日本、德国等国家企业在国际上的垄断。
专注蓝宝石衬底生产5年
中图科技从2013年成立以来，一直专注蓝宝石衬底的研发与生产。在中图科技的生产车间，该公司科研人员拿出了一盒巴掌般大小、如纸般薄的蓝宝石圆片向记者介绍，这是用来制作LED芯片的衬底材料。据了解，这样一片4英寸大小的蓝宝石圆片可以做5万颗1瓦的LED芯片。
公司成立之初，遇到很多困难。当时，虽然蓝宝石衬底技术已经很成熟了，但国内的蓝宝石衬底生产依旧面临着成本高、效率低的问题。如何开发制备大尺寸的蓝宝石衬底，提高蓝宝石衬底制作的稳定性、均匀性，制备能使LED芯片发光效率更高的产品成为了公司发展所面临的问题。为了突破这个技术难题，2014年，公司引进台湾及北京大学高端技术人才，组建了专门的蓝宝石衬底工艺和设备团队。
难题很快就得到了解决。同年，公司的研发团队开发了新型图形化蓝宝石衬底制备工艺。“新型图形化蓝宝石衬底，就是在蓝宝石衬底上进行高精密的材料表面加工，利用我们自主开发的刻蚀技术，刻出1-2微米的精准的图形。”刘凤仪解释，一片4英寸微米级PSS衬底中，大概有10亿个图形结构，而我们在生产加工的过程中要保证这10亿个图形结构每一个都要一模一样。
“经下游外延芯片客户的验证，新型PSS比一般PSS上LED的芯片亮度提升5%-10%。”说到公司研发团队的技术突破，刘凤仪感慨万千，目前LED技术与行业发展已趋于成熟，LED是一个充分竞争的行业，因此，LED芯片光提取效率提升二到三个百分点，都将为客户带来较大的竞争优势。
打破国外垄断实现产业化
刘凤仪告诉记者，公司成立之前，蓝宝石衬底材料很多都需要从日本、德国等国外进口。由于技术等方面的原因，当时，国内专注LED衬底材料生产的企业很少，国内LED行业对衬底材料的需求大多依赖于进口。
中图科技基于图形化蓝宝石衬底方面的研究成果，实现了大规模产业化推广应用。2014年，公司2英寸的蓝宝石衬底产量达到229万片。由于在衬底行业的突破，公司也受到了东莞市政府的关注与扶持：2016年，公司荣获“东莞市科技进步二等奖”；2017年，公司入选东莞市“倍增计划”试点企业；2019年，公司获得2018年度“国家科学技术发明奖”。
新型图形化蓝宝石衬底既提升了LED芯片的发光强度，又提高了LED芯片的寿命。在产业充分竞争的态势下，采用性价比更优的新型蓝宝石衬底，能为LED芯片厂家带来更大的竞争优势。因此，中图科技陆续收到了企业抛出的“橄榄枝”：2016年，中图科技成为国际上外延芯片技术领先的台湾晶元光电第一家大陆材料供应商。2017年，公司成为晶元光电PSS衬底第一大供应商。此外，中图科技还进入韩国首尔半导体、欧司朗等国际知名LED外延芯片企业供应链，产品畅销国内外。
“目前，中图科技蓝宝石衬底产品年产能超过4500万片（折合成2英寸蓝宝石衬底），成为全球规模最大的PSS制造商，并成功获得海外国际巨头的认可，打进国际市场。”刘凤仪称，中图公司已成为台湾晶元光电、华灿光电等国内外40余家LED芯片制造企业的材料供应商。
刘凤仪表示，由于LED上游材料的技术突破和改进，下游的灯具、显示屏、汽车照明、紫外线杀菌等用的灯具质量有了很大的提升。“未来，公司将开发出性价比更高的产品，利用企业掌握的微纳米级的高精密材料表面处理技术开拓其他新产品、新应用。”刘凤仪对公司的发展前景充满期待。
【创新科技解析】
蓝宝石衬底是制作LED芯片的核心材料
中图科技科研人员告诉记者，蓝宝石是目前制作LED芯片的核心材料。LED芯片是LED灯的核心组件，它的主要功能是把电能转化为光能。对于制作LED外延芯片来说，衬底材料是最重要的核心原材料，不同的衬底选择决定着不同的器件工艺。目前规模制造只能在蓝宝石衬底上进行，为进一步提高器件的发光效率、降低位错，产业内普遍使用图形化蓝宝石衬底为基板材料。
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