LED照明相关产业联合研究中心项目建议书.docx

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1、LED照明相关产业联合研究中心合作意向书2012年4月11日，山西省政府与北京大学共同签署全面合作框架协议，商定进一步加强科技、人才、教育和决策咨询等合作，这标志着山西省与北大合作进入新阶段。省长王君说，推动转型跨越的生动实践使全省上下强烈地感受到目前的山西比任何时候都更需要科技、教育和人才的强有力支撑。希望双方以合作协议签订为契机，进一步加强科技合作，在传统产业改造提升特别是在新兴产业发展、节能减排、生态环境建设、城市规划、文物保护等方面，通过建立重点实验室、技术中心、示范基地和设立专项基金等方式，促进全省产业结构优化升级和相关领域发展。 北京大学校长周其凤高度评价了山西省转型跨越发展的成就

2、他说，北京大学与山西具有深厚的历史渊源和良好合作传统，合作协议的签署将为双方合作提供更高、更广阔平台，必将有利于充分发挥各自优势，携手推进决策咨询、科技开发、人才培养、教育合作等领域的共同事业。北大将与山西人民携手努力，按照省校合作协议的统一部署，以优势项目合作为基点，以平台建设为支撑，促进省校全面合作取得实效，为建设社会主义强国和创新型国家作出新的更大贡献。 作为这一合作框架的具体项目，满足国家对LED照明产业的战略部署，充分发挥山西的产业优势，由北京大学信息科学技术学院、中科院上海光机所、太原钢铁集团及中北大学，拟筹建LED照明相关产业联合研究中心。筹建单位：北京大学、中国科学院上海光机

3、所、太原钢铁集团、中北大学中心研发先导项目：一、 用于LED衬底材料的大尺寸蓝宝石晶体生长工艺、蓝宝石自动化晶体炉的研制；二、 照明LED大电流源研制；三、 外延片的加工，MOCVD的研制；四、 用于航天工业的衬底材料设计、加工；五、 用于信息产业的集成光学材料的研究；六、 以LED照明产业为核心的相关技术研发；合作框架研发：中心建立两个研发基地，依托北京大学的北京的研发中心和依托太原市中北大学、太钢不锈钢生态园的研发中心北京大学部分：北大信息科学技术学院太原部分：中北大学、中科院生产：基于太钢不锈钢生态园区的晶体生长、生长炉设备制造基地依托山西电力和煤层气资源的蓝宝石生产基地（阳泉、大同等分

4、布于全省）中心发展阶段和初步规划：第一阶段：基于太钢生态园的蓝宝石工艺和生长炉的研发中心；基于北京大学信息科学技术学院的LED光源的研发中心；第二阶段：基于太钢的蓝宝石示范生产厂，50台100公斤生长炉；基于太钢的蓝宝石生长炉组装和加工厂；第三阶段：建设分布在阳泉、大同等大电厂附近的规模为100台到200台的生产基地；建设以太钢不锈园与中北大学一线的LED技术园区，发展MOCVD等外延设备，包括LED封装、LED光源与显示等产业链；LED研究中心拓展蓝宝石衬底用于集成光学、光通讯等后照明时代产品；产业背景：半导体照明是一个年轻的行业，近年来，随着全球半导体照明产业升温，欧、美等纷纷推出半导体照

5、明计划，LED因其节能、环保、长寿命、耗能低、体积小、应用灵活、控制方便等特点，应用前景非常广阔，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等领域。在资源渐衰竭的今天，环保、节能是各产业发展的重心，LED的出现为人类的生活世界带来新革命、新科技。在LED产业链的各个环节中，蓝宝石衬底和MOCVD设备是进入门槛最高的两个环节。近几年，蓝宝石衬底行业处在寡头垄断的竞争阶段，2011年全球90%以上的产能和高端产品的制造技术集中在STC、Rubicon、Monocrystal、Kyocera、Namiki等七八家国际厂商手里，他们集工艺设备、专利技术、研发团队、销售渠道于一体，为后进厂商打入全球市场设

6、置了很高的进入门槛。除了极高技术与设备门槛以外，蓝宝石衬底仍属于资金密集型的产业，粗略估计，年产500万片自动化水平较高的全套生产线建设投资将接近10亿人民币。 图 1高亮LED应用领域份额及增长率近几年，随着我国LED行业的巨大发展，对蓝宝石衬底的产生了大量需求。2005年以来，中国蓝宝石衬底片市场保持了较高的增长速度，2007年同比2006年市场规模增速达到了84.94%。虽然在2008年我国蓝宝石衬底片行业受到金融危机的影响，需求量较2007年有所下降，但是增速仍然超过了28%，2009年蓝宝石衬底片市场需求达到了380万片，同比2008年增长52%。2010年，中国晶棒的产量接近300

7、万mm（以2英寸折合计算），由于国内下段切磨抛工艺技术与产业化水平相对滞后，国内主要以出口晶棒和毛坯切片，加工返销开盒即用产品为主，能做到品质合格、市场认可的抛光晶圆的厂商比较少。如仅考虑可满足下游外延生长使用的合格蓝宝石抛光片的产量，2010年中国蓝宝石衬底产业规模仅有58.2万片，同比增长161.0%，实现产值1.26亿元，同比增长276.3%。因为国家政策扶持，又加上热钱投资，从2010年开始到2011年之间，很多企业上马蓝宝石项目，但由于蓝宝石本身的技术瓶颈和国际大厂所设竞争优势,至今没有形成规模化生产，很多上马项目在两年左右的挣扎后纷纷退出竞争。据我们最新调研，国内蓝宝石晶片尚未有厂

8、家形成规模化生产，主要的几家企业还处于摸索阶段。总之，蓝宝石晶体生长及衬底材料制备仍处于起步阶段，同时我国蓝宝石衬底片行业的发展潜力非常之大，市场前景广阔。2009年10月12日，国家发改委公布了半导体照明节能产业发展意见鼓励国产装备，建立国产装备的风险补偿机制，支持关键设备国产化。2011年11月关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告公告决定从2012年10月1日起，按照功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。2012年2月22日，工业和信息化部在其网站发布了新材料产业“十二五”发展规划。LED相关砷化镓单晶材料、蓝宝石材料、碳化硅晶片、氮化镓外延片入选新材料“十二五”重点产品目

9、录，成为“十二五” 新材料发展重点。项目一，蓝宝石项目研发可行性蓝宝石项目现有基础：山西汇能光电科技有限公司研发团队目前有：中国科学院研究员、教授一人；博士三人；硕士8人，高级工程师一人，工程师2人；中科院上海光机所量子光学重点实验室与北京大学量子电子学研究所马兆远课题组：有博士生7名，硕士2名；经过5个月的努力，山西汇能光电科技有限公司已经完成了样板厂房的建设，在太钢不锈钢生态园区成功生长出30公斤蓝宝石晶体，晶体色泽纯正，无明显缺陷，符合用于衬底材料的需求。同时公司已经完成晶体生长炉设计，在结构和自动化控制方面结合自己的优势有很大改进和创新，具有自主研发成果的晶体生长炉正在加工过程中。图

10、2 汇能光电的厂房和蓝宝石晶体蓝宝石生长的三方面主要问题，辅助设施、晶体炉制造和生长工艺。通过样板厂房的建设，我们已经初步验证了辅助设施、生长工艺的可靠性，对于晶体炉的进一步研究，尤其是自动化的研究，项目负责人马兆远博士有着深厚的自动化控制基础。陈徐宗教授和马兆远博士的团队有着多年基础科学研究的基础，团队同时承担着载人航天器空间冷原子平台的建设。冷原子是人类迄今最为复杂的实验之一，实验中广泛发展了众多的真空、自动化、光电器件方面的设计和制造的尖端技术，我国空间站搭载冷原子实验平台对自动控制提出了更高要求。有了这样基础上，晶体生长炉的研制，尤其是设备的自动化是一个可以预期解决的问题。 图表 3

11、加州大学伯克利分校的冷原子实验室LED研究中心科研负责人员简介马兆远教授中国科学院百人计划研究员1979年 6 月生，山西太原人。 2001年毕业于北京大学物理系，并在北京大学王义遒、陈徐宗BEC 实验组完成本科学业论文。2005年获英国牛津大学博士学位，导师皇家学院院士Keith Burnett教授，现任谢菲尔德大学校长。2006年开始在美国国家标准局和马里兰大学联合研究所1997年诺贝尔奖获得者William Philips课题组，从事玻色爱因斯坦凝聚，光晶格与里德堡原子用于量子计算的研究。2007年转入加州大学伯克利分校从事博士后研究员研究，主要演研究方向在于：原子芯片、强共振腔与原子相

12、互作用，量子宏观振子减速的实验研究以及量子极限测量，超窄线宽激光的研究。在实验物理技能方面有很深造诣，包括激光和激光光学设计和开发和半导体电子硬件设计和制造，光电机械系统，车间技能，精密清洁系统，真空技术，复杂电子系统控制。马兆远教授2009 年入选中国科学院百人计划，2011年通过百人计划择优。主要工作包括，测量了原子在高谐振腔内量子极限；提出冷原子系统中的量子随机走动的实验方案；发现了冷原子系统的量子振子模拟及量子极限热测量的效应。马兆远教授目前负责项目有国家973超冷原子操控及量子新物态研究，中科院百人计划超冷原子混合气体研究，载人宇航空间站超冷原子平台建设和微重力下冷原子兼并气体研究等

13、项目。陈徐宗教授北京大学电子学系教授，北京大学量子电子所所长1958年4月出生，江苏省苏州市人，北京大学电子学系教授，博士生导师，北京大学信息科学技术学院副院长，量子电子学研究所所长，教育部量子信息与测量重点实验室冷原子物理与量子精密测量实验室主任。1993年于中科院上海光机所获博士学位，1993-1995年在北京大学电子学系做博士后，1996-1997年在日本工业技术研究院任特别研究员，1995年起任北京大学电子学系副教授，2000年任教授，2003-2005年德国海德堡大学、法国普鲁旺斯大学等访问教授。陈徐宗长期从事研究工作，1994年起开始参与筹建北京大学激光冷却实验室，于1996年实现

14、了国内第一个磁光阱，于2000年在国内第一个实现了原子喷泉， 2001年起领导北京大学冷原子小组开展玻色-爱因斯坦凝聚的实验研究，克服种种困难，于2004年4月获得高质量的玻色-爱因斯坦凝聚，2004年底获得中国第一个原子激光，使北京大学的冷原子物理实验研究挤身国际先进行列；其中，利用可控马越让那跃迁获得多自旋态分量凝聚体的研究引起了国内外同行的高度评价。此外从1997年开始在国内首先领导研究630nm波段外腔半导体激光频标，在国际上首次观察到几十组碘分子强跃迁超精细谱线，首次在国际上进行了半导体激光五次微分稳频，获得了稳定度为10-11的激光输出。在实验上独立发展了具有北京大学特色的外腔半导

15、体激光器、高精密激光驱动电源、三次、五次激光稳频、光电时序控制、磁光阱和静磁阱等关键技术。目前正负责国家 “973”项目、国家自然科学重大基金项目与科技部863项目等，领导北京大学冷原子物理与量子精密测量实验室开展玻色-爱因斯坦凝聚的实验和理论研究、飞秒激光稳频、半导体激光频标与量子精密测量等研究。在Physics Review等国内外重要期刊上发表论文100多篇，在国内外重要会议上作邀请报告与学术报告50多次。除了科研之外，陈徐宗还承担本科生与研究生的教学工作，分别讲授过力学、原子物理、激光技术、激光理论、实验原子物理进展等课程，培养博士生与硕士生20名。目前兼任中科院计量测试高技术联合实验

16、室副主任、中国物理学会量子光学专业委员会委员、中国计量测试学会理事、中国计量测试学会理事时间频率专业委员会委员、英国物理学会期刊Measurement of Science and Technology编委、量子光学学报、量子电子学学报杂志编委、科技部等部委导航领域重大专项专家等职务。筹建单位介绍：北大信息科学学院为了适应高等教育和科学技术的发展，适应信息科学技术学科的发展，更加广泛而有机地实现学科交叉，满足未来社会更加信息化和智能化的需求，并加快建设世界一流大学的步伐，北京大学于2002年在原计算机科学技术系、电子学系、微电子所和信息科学中心的建设基础之上，正式组建成立信息科学技术学院。信息

17、科学技术学院是北京大学最大的学院，师资力量雄厚。现有教职员工340余人，其中中国科学院院士3人，中国工程院院士2人，教授91人，副教授116人。全日制学生2700人，其中本科生和研究生（含博士生）约各占一半。拥有3个国家级重点实验室、2个国家级工程研究中心、7个省部级重点实验室（中心）和2个实验教学示范中心。北京大学量子电子学研究所 北京大学量子电子学研究所建立于1959年，是我国无线电物理专业首批博士点和博士后流动站单位。本所立足科学前沿和高端应用研究，研究领域涵盖了冷原子物理学、量子光学与量子信息、无线光通信和遥感量子器件、量子频标与原子钟、超快激光技术、核磁共振成像技术等。取得的突出成果

18、包括：在国际上首次实现了量子密钥分发的信源监控，率先独立提出了主动型光频标方法，实现了目前世界上最长的量子真随机序列，并在纠缠演化、控制及慢光与光缓存等基础研究上做出了一系列成果。在国际上首先用Majorana跃迁方法实现了多组分旋量凝聚体、多分量连续原子激光及对凝聚体内态的可控操控，提出了超辐射操控量子动量态新方法，利用超辐射散射实现了测量邻近光晶格间关联特性及超流态到粒子数态的相变，为研究光和原子间相互作用提供了新的探测手段。研制成功了世界上脉冲最短、重复频率最高的掺铒光纤激光器，超大频率间隔 ( 250 MHz至500 MHz)光梳技术居国际领先地位。研制了一系列高精密激光器和可调谐倍频

19、激光器，实现了国际上频差最大的激光频率锁相。自主研制的铷原子钟入选我国二代导航系统的星载原子钟。此外，小型化多波段自适应原子滤光器、小型光抽运铯束频标国产化、光纤时频传递技术、医用核磁共振成像技术等应用研究跻身国内先进行列，并获得北京市科学技术进步等奖励。 北京大学量子电子学研究所现有：教授5人、副教授2人、讲师4人、秘书2人、研究生68人，每年平均科研经费1500万，主要包括国家973项目、国家自然科学基金重点项目、国家863项目等。在多年的研究基础上，北大量子电子所实现了科研成果的产业转化，北京大学信息学院于2007年创办北京优立光太科技有限公司。公司凭借北京大学在冷原子、激光光谱、量子精

20、密测量、原子钟等方面的长期研究、积累和优势，开发出具有自主知识产权的外腔半导体激光器、半导体激光放大器、可调谐倍频激光器、一体化半导体稳频激光器、饱和吸收光谱实验系统、磁光阱以及隔离器、 F-P腔、精密光电探测器等高端半导体激光器以及相关应用系统产品，并已成为国内主要的精密半导体激光器产品提供商之一。公司生产各种波长系列的可调谐稳频激光器，已经广泛用于多种行业，包括原子物理、激光、计量、测量、教学、医疗等。中国科学院上海光学精密机械研究所（简称中科院上海光机所）中科院上海光机所是我国为开拓激光科学技术而建立最早、规模最大的专业研究所，成立于1964年，现已发展成为以现代光学为主导方向，以探索重

21、大基础前沿、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点，以高技术创新与应用基础研究为主的综合性科研基地型研究所。早在80年代就上海光机所就开展了光存储、光信息处理、光计算和光通讯涉及的基础、器件及单元技术等信息光学领域的高技术创新与应用基础研究，取得了一批国际先进水平的研究成果，为我国研究与发展信息光电子学高技术领域提供了技术支撑与科学基础。量子光学开放实验室，是最早开展激光冷却气体原于研究的实验室之一，也是最先观察到低于多普勒冷却极限的实验室之一。 在激光与光电子功能材料研究方面，专门为激光核聚变研究研制的大尺寸磷酸盐激光玻璃，各项性能与国外同类产品居于同等先进水平。高温氧化物晶

22、体材料研究，也取得了突破性进展，大尺寸钛宝石晶体和大尺寸蓝宝石晶体的某些技术指标居国际领先水平。 中科院量子光学重点实验室创建于1989年，创始人为王育竹院士。实验室的工作目标是：瞄准新时期的国家战略需求、重大社会需求和学科发展前沿，研究、揭示光场及光与物质相互作用中的量子现象，发展其在高科技中的应用。建成具有国际一流研究水准的量子光学研究基地和培养优秀青年科技人才的中心。实验室始终瞄准国际量子光学领域前沿，注重发展具有自己特色的原创性学术思想和实验方法。目前，实验室主要开展量子光学、冷原子物理及其相关应用研究，具体的研究方向主要包括量子凝聚、量子时频、量子信息及相关交叉学科。本实验室自建立以

23、来曾获国家科技进步特等奖（“远望号”测量船获奖项中的主要内容之一）、国家自然科学三等奖二项、中科院科技进步二等奖一项、首届饶毓态物理奖以及多项其他奖励。中北大学光学工程学院中北大学光学工程学院已发展为光学为主，与信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。本学科于2005年6月被批准为硕士学位授予点，依托于山西省“光电信息与仪器工程技术研究中心”和“仪器科学与动态测试”教育部重点实验室，同时，也是“电子测试技术国防科技重点实验室”光电仪器及传感器研究方向的所在学科。现有教授9人(其中博士生导师4名)，副教授10人，讲师12人，其中具有博士学位的7人，具有硕士学位的22人。