泛半导体技术的发展进程

时间:2019-09-27

　　摘要：基于人类在电子信息技术领域研究的不断深入, 以半导体技术为代表的一大批信息电子信息技术在人们工作、生活和学习中得到了广泛的应用。本文以LED半导体照明、太阳能电池、平板显示等泛半导体技术为研究内容, 通过分析其技术原理及发展现状, 是人们对于泛半导体技术有着更加深入的了解。

　　关键词：泛半导体技术; 半导体; 太阳能电池;

　　半导体技术的出现, 使电子信息技术的发展进入了新的阶段, 成为电子信息技术研究领域的又一重要分支, 其中, 以LED半导体照明、太阳能电池、平板显示的研究最为成功, 并已经形成了产业化, 服务于人们的生活。
 

　　1 LED半导体照明原理及发展

　　1.1 LED半导体照明技术特点

　　LED半导体照明所发出的光属于荧光, 在向LED施加外部电压时, 正向电压作用下的N区电子开始向正方向进行移动, 从而进入半导体的有源层, 而P区空穴同样朝着半导体的有源层做反向运动。在有源层内部, 电子和空穴在异质结势垒作用下而被限制在有源层内部, 在此过程中, 处于粒子数反转分布的电子发生跃迁效应, 在与空穴复合时, 发出人们所看到的荧光, 并放出热量 (如图1所示) 。

　　其中, R为辐射复合、N为非辐射复合、M为多声子跃迁、A为间歇复合。

　　1.2 LED半导体技术的发展

　　随着半导体发光器件在实验室研究中的成功, LED半导体照明已经出具端倪, 基于半导体技术的应用, LED半导体照明相比较传统照明技术大大节约了能源, 并有着较长的使用寿命, 降低了照明成本。

　　LED半导体照明的商业化始于1965年, 然而, 由于制作工艺、效率、成本等问题的限制, 导致该技术的应用并未得到普及。直至1968年, 研究人员在基于Ga As P材料的LED半导体中融合了氮摻杂技术, 使其发光效率大大提高, 并通过控制PN节的材料改变其颜色, 颜色的增加, 使得LED半导体照明的应用范围更加广泛。

　　对于LED半导体发光器件的发光效率, 也由最初的0.1lm/w, 提高到现在的150lm/w, 在实验室环境下, 其发光效率甚至可以达到300lm/w, 这为LED半导体照明的广泛使用奠定了基础。以我国为例, 早在2011年, 我国便已经明确规定逐渐淘汰使用高耗低效的白炽灯, 并将白炽灯的功率限制在15w以内, 这对于光照要求较高的行业来说只能够使用LED半导体照明。据统计, 当LED半导体照明全面取代白炽灯时, 我国每年可节约的电量约为500亿kw·h, 因此所减少的煤炭使用量约为1700万吨, 所以, 基于LED半导体照明在环境保护方面的中要作用, 我国对于LED半导体照明技术的普及给与了极大政策与经济支持, 这也促进了LED半导体照明在我国的发展。

　　2 太阳能电池的技术原理及发展现状

　　2.1 太阳能电池的技术原理

　　太阳能电池通过光电效应或化学效应, 将光能转化为电能的一种特殊电池, 目前, 主流的太阳能电池所使用的材料为半导体硅。当阳光照射在半导体的PN节上时, 则会在原有空穴-电子对的基础上, 形成新的空穴-电子对, 由于PN节内部电场的作用, 导致这些新出现的空穴逐渐向P区移动, 而新出现的电子则流向N去, 也就形成了光生电流。

　　在太阳能电池的研究领域, 主要的光电转换方式有两种, 一种是“光—热—电”的非直接转换, 一种是“光—电”的直接转换。两种光电转换方式在技术原理上有着一定的相似之处, 但是, 却在光电转换效率方面存在较大差异。“光—电”转换方式凭借其较高的转换效率, 以及简单的结构设计, 在现实生活中得到了广泛的推广应用。

　　2.2 太阳能电池的发展现状

　　太阳能电池的关键技术是多晶硅的制造技术, 在2005年之前, 由于技术等多方面的原因, 导致我国太阳能电池产业并未得到普遍发展, 多晶硅高昂的价格, 导致太阳能电池无法得到大面积推广使用。

　　随着我国在多晶硅研究方面取得的进步, 多晶硅产业结构的不断优化, 使得我国在短短的五年时间里, 成为光伏行业的新生力量, 并逐渐形成了产业优势, 在世界光伏行业的发展过程中, 有着举足轻重的影响。

　　在太阳能电池的研究方面, 转换效率一直是研究的核心, 随着太阳能电池研究瓶颈的出现, 关于转换效率的提升也逐渐放满了速度, 尽管, 以高效电池技术、PERC电池技术、HTI电池技术的出现在一定程度上为太阳能电池进一步的大规模应用奠定了基础, 然而, 这仅仅是对原有技术的优化, 降低了生产升本, 并未产生革命性的影响。

　　3 平板显示技术的发展

　　据统计, 世界上目前所实用的平板显示器中, 约有30%是由我国生产制造的, 无论是面积较大的电视面板, 还是用于手机、智能显示终端的小型显示器, 我国大部分厂商都具备了生产能力。在此基础上, 我国各大显示器制造厂商对于VR技术也产生了浓厚的兴趣, 并逐渐深入到这一领域。

　　在早期电子管电视淘汰之后, 液晶电视也逐渐失去了市场优势, 以OLED半导体技术为代表的平板显示技术已经逐渐占领市场。然而, 基于半导体技术研究的不断深入, 作为当前平板显示领域的高端技术代表——MLED (Micro LED) 技术也将在今后成为智能设备显示器的标准配置, 尽管, 在现有技术条件下, 平板显示技术的应用成本较高, 但是, 作为技术发展的趋势, MLED的普及则是一种必然。

　　值得注意的是, 由三原色亚像素自发光结构的OLED、MLED、QLED技术在发光效率的理论值可达到95%以上, 但是, 三者在材料选择上的不同, 则影响到了三种不同平板显示技术的市场化推广。

　　4 总结

　　半导体技术的广泛应用, 推动了电子信息技术在能源领域的进一步深入研究, 基于半导体技术对能源的高效利用与环境保护方面的重要意义, 世界各国均在政策和资金等领域给与半导体技术充分的支持。由此可见, 以半导体技术为核心的产业化发展, 将成为社会发展的主要推动力量之一。

　　参考文献
　　[1]陈哲艮.关于发光二极管和半导体照明的探讨[J].能源工程, 2004 (02) .
　　[2]刘耀彬.我国LED产业的发展现状、趋势及战略选择[J].科技进步与对策, 2010 (12) .
　　[3]刘春.平板显示技术初探[J].黑龙江科技信息, 2009 (12) .

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