先进制造技术

真空阴极弧薄膜沉积设备

项目概况: 薄膜沉积工艺是机械生产中在刀具材料上沉积一层难熔金属化合物,从而提高了刀具表面硬度、耐摩擦性、耐腐蚀性、耐热耐氧化性,又保留了基体良好的抗弯强度和韧性。因此发展薄膜沉积工艺,可以有效节约材料,降低能耗,并减轻对环境的污染,实现机械加工过程的绿色化。 我国工业上使用的超硬薄膜装置,无论是磁控溅射装置还是阴极弧装置,主要是从国外进口的设备或使用国外的技术,而且生产中原有的技术装备已经不能满足工业上日益提高的要求,亟需进行更新换代。 技术创新性: 中科院物理所瞄准国际薄膜沉积技术的先进水平,经过多年研究积累,现已发展具有自主知识产权的超硬薄膜沉积技术,并独立开发研制了真空阴极弧薄膜沉积设备。该装置同时具有阴极弧金属离子源和辉光放电气体离子源,采用离子注入和沉积相结合的材料表面改性新技术。其创新点在于: (一)在膜和基体之间形成连续的混合层,使薄膜与基体的结合力大大增加; (二)原子沉积和离子注入参数可以精确地独立调节,分别选用不同的沉积和注入元素,可以合成多种不同组分和结构的膜; (三)可在较低温度下生长各种薄膜,避免高温处理对基体材料性能的不良影响。 该研究成果拥有自主知识产权,处于业内领先水平,填补了国内相关领域的技术空白。利用该技术对国内多家单位产品进行处理后,效果良好,硬度、耐磨性、耐腐蚀性均有较大提高,使用寿命大大增加。 应用领域: 利用本装置可以对各类切削刀具、涡轮叶片等机械部件进行表面处理,以提高部件的防腐和抗磨等性能;还可用于对半导体制冷、半导体温差生电等设备中的陶瓷表面进行金属化处理,以提高金属表面与陶瓷基体的结合力,改善其性能等。主要应用在如下几个领域: (一)硬质薄膜沉积:为提高材料的耐腐蚀、耐磨损及耐高温性能而施加在材料表面的涂覆层,膜层材料涉及各种碳化钨,氮化物,硼化物等,如SiC, TiC, TiN, ZrN等; (二)多层结构硬质薄膜沉积:材料处理后形成的多层结构复合膜层界面有阻碍位错产生和运动的作用,还能够改善韧性,提高耐腐蚀性和抗开裂性等优点; (三)多元复合膜层制备:采用真空阴极弧技术可以制备例如 TiAlN、TiZrN、ZrSiN以及结构更复杂的TiN-TiAlN、ZrN-TiZrN等多元复合薄膜,从而解决单一薄膜的缺陷,改善薄膜的性能。 项目规划: 该项目组希望引进市场机构,共同对该技术进行深入研发,并成立产业化运营公司,共同推广该项目的市场化运营。

先进制造技术

超高亮度红光发光二极管外延片及功率型芯片

项目概况: 应用高亮度发光二极管实现固态照明己经成为全球的奋斗目标,它具有节能、长寿命、环保、使用电压低、维护成本低等一系列优点,将极大地减少能源消耗和二氧化碳等温室气体排放,保护我们赖以生存的地球。 中科院物理所积极参与中国科学院-天津市院市合作,目前LED照明项目已列入天津市重大发展专项计划之一。 通过本项目的实施,将在天津市首先实现红光HB-LED外延片、芯片的产业化, 最终将实现包括蓝绿光在内的全系列HB-LED外延材料与片产业化,解决国内半导体照明产业链中核心瓶颈问题,满足国内对中高档HB-LED外延片及片的急迫需求。 技术创新性: 该技术既属于技术驱动型又属于市场拉动型。目前在多量子阱结构,提高光的萃取效率,提高反向特性等方面有创新性设计,产品居于行业市场中高档水平。 市场前景: 针对发展半导体照明的市场需求,单色显示、三基色白光以及暖白光功能照明对红黄光的市场需求巨大,国内目前只有少数企业在做红光LED,有广阔的市场空间。 该项目合作企业2010年实现年生产超高亮度红光发光二极管外延片60000片的年生产能力,年产值2200万元人民币,实现利润达210万人民币的综合经济效益。企业扩产后,将积极开发新产品,扩大适销产品线,企业效益在市场竞争中将得到较大提高。 项目现状: 目前,该项目组与企业合作已完成中试阶段,且由于中试线的良好示范效果,企业进一步加大投入,增加两台MOCVD主设备,并建设芯片实验线,产能将扩大到原来的三倍。 通过市场调研发现,目前黄绿光、黄光LED外延片由于技术门槛高,但其发光波长适合人的视觉感受,因此需求旺盛但产品短缺,该项目组将加快黄绿光、黄光LED外延片的研发及其产业化生产步伐,这样可以提高产品档次,提高合作企业的竞争力。 产业规划: 项目组希望通过引进市场机构,灵活开展合作,增加深入科研投入,共同开拓蓝、绿、白光LED产品,以便更好地服务于国家相关产业发展。