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2018年3月7日

Disruptive Series 10 ---- 我的思考,我的光,登上聖母峰的Cree


2014年,日本科學家中村修二憑藉發明「高亮度藍色發光二極體」,獲得諾貝爾物理學獎,是有史以來第二位美國籍日裔諾貝爾獎得主。

作為一位諾貝爾獎得主,中村的故事可說是非常有趣,並非學界出身的他,一直在電子公司致力研發新型態的LED照明,研究當時仍處於難產階段的藍光 LED1993年,中村修二以突破性工法,成功研發出以氮化鎵為基底的高亮度「藍色發光二極體(LED)」,被稱做「愛迪生後的第二次人類照明革命」,使得高亮度藍色發光二極體正式實用化。

一個LED膽有幾貴,你懂的。

美國《Fortune》雜誌評一直對Cree Inc. 評價非常高,早於2000年,《Fortune》選出了15家將改變世界的公司,Cree名列其中;及後更於2011年更位列全美100家成長最快公司中第34名。


Cree原來是美國一家LED照明公司,但近年就把LED技術利用得出神入化,《財富》雜誌認為Cree改變了不同領域的遊戲規則,將會顛覆現有的產業,並帶來新的機遇,包括近年經常聽到的「薩德彈道導彈防禦系統」(Terminal High Altitude Area DefenseTHAAD)

一間做LED燈泡起家的照明公司Cree又何以入選美國最頂尖的國防工業技術?

在所有的二極體中,最早開始發展應用的是紅光,紅光是選擇以硒化鋅(ZnSe)作為生產材料,廠家選擇硒化鋅是因為它品質較好,但理所當然造價高昂,中村卻選擇用低成本的氮化鎵(GaN, Gallium nitride)研究,GaN是氮和鎵的化合物,是一種直接半導體材料。由於五行欠水,沒有資源,他從公司中的實驗室開始,自行研發儀器,開始了把氮化鎵做成合格晶體的路程。


在短短十年間,藍光二極體就橫空出世,而且不只是被發明出來,還到達可以商業化的階段,這麼一個可以調控成白光、節能,帶來節能明亮的白色光源,讓許多先進國家趨之若鶩。

這個令中共十分頭痛的美國陸軍研發的防禦系統,旨在攔截飛毛腿飛彈和同類的飛彈。參予的主要承包商都是美國國防及航天工業的巨無霸,例如航空製造商洛協馬田(Lockheed Martin),雷神公司(Raytheon)、波音公司(Boeing)AerojetBAE系統公司。

進入21世紀以來,隨着摩爾定律的失效,大限日益臨近,尋找半導體矽材料替代品的任務變得非常緊迫。在多位選手輪番登場後,有兩位脫穎而出,除了氮化鎵(GaN) ,另一位主角是碳化矽(SiC) ,合稱為第三代半導體材料的雙雄。

碳化矽(SiC)俗稱金剛砂,為矽與碳相結而成的陶瓷狀化合物,是目前發展最成熟的半導體材料,已經形成了全球的材料、器件和應用產業鏈,SiC材料方面的企業以CreeDow Corning等為代表。

根據第三代半導體的發展情況,其主要應用為半導體照明、電力電子器件、激光器和探測器、以及其他4個領域,每個領域產業成熟度各不相同。

在未來十年,受到電源、光伏(PV)逆變器以及工業電動機的需求驅動,新興的半導體材料雙雄SiCGaN功率半導體市場將以18%的驚人速度穩步增長。至2022S,全球銷售額將從2012年的1.43億美元增加到28億美元。

那麼在藍色發光二極體(LED出現之後,我們的照明技術又會有什麼變化?

中村教授不只一次強調:日光才是最好的光源,因為日光所能提供的不只是可見光,還有紫外線和紅外線,這是現在LED照明無法做到的。藍光二極體產生的光,可以調控得很接近日光,除此之外藍光二極體的光應用彈性也很大,可以用在越來越小的投影機上,也更適合製作成駕駛的汽車頭燈等。不過其實不只是照明層面,而是整個通訊科技都可能會改變。

在未來,光線將不只是照明工具,資料讀取、傳輸也是光的技術延伸。例如Wi-Fi網路能夠藉由雷射光元件的發展再更進一步,變成光照上網技術(Li-Fi,傳輸量比Wi-Fi更大的Li-Fi,在一些網路架設不易的地方(例如非洲及中國徧遠山區)會是一個令人期待的解決方案。

創辦於1987年的Cree,早於1993年就己經登陸納斯達克,2016年營收超過14億美元。是全球LED外延、晶片、封裝、LED照明解決方案、化合物半導體材料、射頻與功率器件最大的製造商和行業領先者,完全掌握了碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN) 相關技術。

GaN高頻大功率微波器件已開始用於軍用雷達、智能武器和通信系統等方面。在國防領域的應用主要包括LED干擾器、軍事通訊、雷達、電子對抗等。

GaN激光器已經成功用於藍光DVD,激光器和探測器應用領域,目前產值約為2億美元,如果技術瓶頸得到突破,潛在產值將達到500億美元。

現在對於LED照明企業而言,有傳統的PhilipsOsram這樣的百年企業。還有像Cree進入這個行業就做到高水準,再進行垂直整合的企業,堪稱半導體固態照明行業巨頭,從材料、晶片、零件到成品一體化,難怪薩德系統供應商名單出爐,Cree居然上榜!

談回2014年諾貝爾獎得主中村修二,他的自傳名為我的思考我的光 ,書中有一句話:「我是穿著木屐登上聖母峰的人,即使無人支持、挫敗數年,我仍鼓動自己小宇由的魄力,用雙手帶領腦中的思考,一次次從谷底裡爬出,最後終於創造改變世界的產品!」

這不就是Cree的寫照?




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