泛半導體技術的發(fā)展

基于人類在電子信息技術領域研究的不斷深入，以半導體技術為代表的一大批信息電子信息技術在人們工作、生活和學習中得到了廣泛的應用。本文以LED半導體照明、太陽能電池、平板顯示等泛半導體技術為研究內容，通過分析其技術原理及發(fā)展現(xiàn)狀，是人們對于泛半導體技術有著更加深入的了解。

【關鍵詞】泛半導體技術 半導體 太陽能電池

半導體技術的出現(xiàn)，使電子信息技術的發(fā)展進入了新的階段，成為電子信息技術研究領域的又一重要分支，其中，以LED半導體照明、太陽能電池、平板顯示的研究最為成功，并已經(jīng)形成了產業(yè)化，服務于人們的生活。

1 LED半導體照明原理及發(fā)展

1.1 LED半導體照明技術特點

LED半導體照明所發(fā)出的光屬于熒光，在向LED施加外部電壓時，正向電壓作用下的N區(qū)電子開始向正方向進行移動，從而進入半導體的有源層，而P區(qū)空穴同樣朝著半導體的有源層做反向運動。在有源層內部，電子和空穴在異質結勢壘作用下而被限制在有源層內部，在此過程中，處于粒子數(shù)反轉分布的電子發(fā)生躍遷效應，在與空穴復合時，發(fā)出人們所看到的熒光，并放出熱量（如圖1所示）。

其中，R為輻射復合、N為非輻射復合、M為多聲子躍遷、A為間歇復合。

1.2 LED半導體技術的發(fā)展

隨著半導體發(fā)光器件在實驗室研究中的成功，LED半導體照明已經(jīng)出具端倪，基于半導體技術的應用，LED半導體照明相比較傳統(tǒng)照明技術大大節(jié)約了能源，并有著較長的使用壽命，降低了照明成本。

LED半導體照明的商業(yè)化始于1965年，然而，由于制作工藝、效率、成本等問題的限制，導致該技術的應用并未得到普及。直至1968年，研究人員在基于GaAsP材料的LED半導體中融合了氮摻雜技術，使其發(fā)光效率大大提高，并通過控制PN節(jié)的材料改變其顏色，顏色的增加，使得LED半導體照明的應用范圍更加廣泛。

對于LED半導體發(fā)光器件的發(fā)光效率，也由最初的0.1lm/w，提高到現(xiàn)在的150lm/w，在實驗室環(huán)境下，其發(fā)光效率甚至可以達到300lm/w，這為LED半導體照明的廣泛使用奠定了基礎。以我國為例，早在2011年，我國便已經(jīng)明確規(guī)定逐漸淘汰使用高耗低效的白熾燈，并將白熾燈的功率限制在15w以內，這對于光照要求較高的行業(yè)來說只能夠使用LED半導體照明。據(jù)統(tǒng)計，當LED半導體照明全面取代白熾燈時，我國每年可節(jié)約的電量約為500億kw·h，因此所減少的煤炭使用量約為1700萬噸，所以，基于LED半導體照明在環(huán)境保護方面的中要作用，我國對于LED半導體照明技術的普及給與了極大政策與經(jīng)濟支持，這也促進了LED半導體照明在我國的發(fā)展。

2 太陽能電池的技術原理及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 太陽能電池的技術原理

太陽能電池通過光電效應或化學效應，將光能轉化為電能的一種特殊電池，目前，主流的太陽能電池所使用的材料為半導體硅。當陽光照射在半導體的PN節(jié)上時，則會在原有空穴-電子對的基礎上，形成新的空穴-電子對，由于PN節(jié)內部電場的作用，導致這些新出現(xiàn)的空穴逐漸向P區(qū)移動，而新出現(xiàn)的電子則流向N去，也就形成了光生電流。

在太陽能電池的研究領域，主要的光電轉換方式有兩種，一種是“光—熱—電”的非直接轉換，一種是“光—電”的直接轉換。兩種光電轉換方式在技術原理上有著一定的相似之處，但是，卻在光電轉換效率方面存在較大差異?！肮狻姟鞭D換方式憑借其較高的轉換效率，以及簡單的結構設計，在現(xiàn)實生活中得到了廣泛的推廣應用。

2.2 太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀

太陽能電池的關鍵技術是多晶硅的制造技術，在2005年之前，由于技術等多方面的原因，導致我國太陽能電池產業(yè)并未得到普遍發(fā)展，多晶硅高昂的價格，導致太陽能電池無法得到大面積推廣使用。

隨著我國在多晶硅研究方面取得的進步，多晶硅產業(yè)結構的不斷優(yōu)化，使得我國在短短的五年時間里，成為光伏行業(yè)的新生力量，并逐漸形成了產業(yè)優(yōu)勢，在世界光伏行業(yè)的發(fā)展過程中，有著舉足輕重的影響。

在太陽能電池的研究方面，轉換效率一直是研究的核心，隨著太陽能電池研究瓶頸的出現(xiàn)，關于轉換效率的提升也逐漸放滿了速度，盡管，以高效電池技術、PERC電池技術、HTI電池技術的出現(xiàn)在一定程度上為太陽能電池進一步的大規(guī)模應用奠定了基礎，然而，這僅僅是對原有技術的優(yōu)化，降低了生產升本，并未產生革命性的影響。

3 平板顯示技術的發(fā)展

據(jù)統(tǒng)計，世界上目前所實用的平板顯示器中，約有30%是由我國生產制造的，無論是面積較大的電視面板，還是用于手機、智能顯示終端的小型顯示器，我國大部分廠商都具備了生產能力。在此基礎上，我國各大顯示器制造廠商對于VR技術也產生了濃厚的興趣，并逐漸深入到這一領域。

在早期電子管電視淘汰之后，液晶電視也逐漸失去了市場優(yōu)勢，以OLED半導體技術為代表的平板顯示技術已經(jīng)逐漸占領市場。然而，基于半導體技術研究的不斷深入，作為當前平板顯示領域的高端技術代表——MLED（Micro LED）技術也將在今后成為智能設備顯示器的標準配置，盡管，在現(xiàn)有技術條件下，平板顯示技術的應用成本較高，但是，作為技術發(fā)展的趨勢，MLED的普及則是一種必然。

值得注意的是，由三原色亞像素自發(fā)光結構的OLED、MLED、QLED技術在發(fā)光效率的理論值可達到95%以上，但是，三者在材料選擇上的不同，則影響到了三種不同平板顯示技術的市場化推廣。

4 總結

半導體技術的廣泛應用，推動了電子信息技術在能源領域的進一步深入研究，基于半導體技術對能源的高效利用與環(huán)境保護方面的重要意義，世界各國均在政策和資金等領域給與半導體技術充分的支持。由此可見，以半導體技術為核心的產業(yè)化發(fā)展，將成為社會發(fā)展的主要推動力量之一。

參考文獻

[1]陳哲艮.關于發(fā)光二極管和半導體照明的探討[J].能源工程，2004（02）.

[2]劉耀彬.我國LED產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及戰(zhàn)略選擇[J].科技進步與對策，2010（12）.

[3]劉春.平板顯示技術初探[J].黑龍江科技信息，2009（12）.

作者簡介

王峰瀛（1982-），男，陜西省西安市人。碩士學位。工程師，主要從事功率半導體器件的研發(fā)和生產。

作者單位

西安電力電子技術研究所 陜西省西安市 710061