2016年2月3日,習近平總書記來到江西的南昌大學,考察了國家硅基LED工程技術研究中心實驗室。這個實驗室由江風益教授牽頭研究的「硅襯底藍色發光二極體」項目,獲得2015年度國家技術發明獎一等獎。
習近平總書記聽取實驗室研究成果介紹,察看晶元製作流程,了解實驗室科技創新、人才培養、產學研結合等情況,並參觀了南昌光谷展廳,肯定他們攻科研難題和抓成果轉化決心大、目標高、工作實、成效好。習近平總書記指出,掌握核心技術的過程很艱難,但這條道路必須走。
早上8點,到國家硅基LED工程技術研究中心的辦公室採訪江風益,我們撲了個空。他的學生告訴我們:「你們找錯地方了,江老師很少待在辦公室。」
這個研究中心位於南昌高新區,3層樓里有裝備製造、材料生長、晶元製備等6個實驗室。「哪裡有解決不了的問題,老師就會出現在哪。你們只能打他手機了。」
手機接通,那一頭傳來帶著江西口音的普通話:「我在一樓的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備間這兒,今天忙得緊!」
江風益在位於南昌高新區的實驗室內工作(2022年8月5日攝)。新華社記者 周密 攝
走進實驗室,7台MOCVD設備整齊排列。它們是半導體照明晶元的關鍵材料製造設備。最大的設備前面,一個穿著白色防塵服、中等個頭的人,正在給大家做指導。
設備指示燈一閃一閃,操作台屏幕上的數據不斷變化。「做實驗就得不斷去試錯。」做講解的人提高了聲音。他就是江風益。
59歲的江風益是中科院院士、南昌大學副校長,可他更願意別人叫他「江老師」——他喜歡這個稱呼。
我們叫了一聲「江老師」。他招手示意我們在旁邊坐下:「你們等等。這會兒我們黃光LED的實驗正遇到一個難題呢。」
發光二極體,英文簡稱LED,是一種常用的發光器件。黃光LED,是江風益這幾年主攻的關鍵核心技術。它無需稀土熒光粉、無藍光危害,被視為可能取代當前「藍光LED+稀土熒光粉」的人造照明光源。
沒想到,這一等,就是好幾個小時。轉遍實驗室,我們又跟著江老師走進三樓辦公室。
脫下防塵服的江老師,白襯衫被汗濕透了。「現在科研條件多好啊!」他指指窗外,「我們從南昌大學校園裡搬到高新區,這個實驗樓有近9000平方米。剛起步時,實驗室只有60平方米,借了60萬元買設備,就開始研究藍光LED。」
江風益在位於南昌高新區的實驗室內工作(2022年8月5日攝)。新華社記者 周密 攝
拉上窗帘,打開屋裡的燈,話匣子就從這滿屋的「光」開啟。
「這個天花板吊燈就是我這裡研製的,以人眼比較舒適的紅、黃光為主。」江老師「開課」了:從煤油燈、白熾燈、熒光燈到藍光LED,以前一次次照明技術都是由國外定義。
「比如,煤油燈叫洋油燈,就是因為當時燈油是進口的。LED照明技術也是在國外獲得突破,但我們不能一直點洋LED燈!」
今天廣泛應用的藍光LED,在本世紀初核心專利還被國外壟斷。這深深刺痛了江風益。
他決心另闢蹊徑,選擇在硅襯底上長材料做晶元。這一過程工序繁多,僅材料結構就有70多層、生長程序有100多步,涉及2000多個參數。
「每個參數都是一個變數,每次調整都是一次試錯,找到最優方案,要經過成千上萬次試錯。」他說。
這條「追光」之路,江風益走了19年。他成功研製出硅襯底藍光LED材料與晶元技術,讓我國成為世界第三個擁有藍光LED技術自主知識產權的國家。
打開桌上一盞柱形的檯燈,柔和的黃光鋪灑在桌面上。江老師高興地拍拍它:「這是金黃光LED,更好也更難的LED照明技術!」
2011年,江風益在主攻藍光LED的同時,已把目光投向了黃光LED。但在國內外科研人員面前,有一個「黃光鴻溝」——黃光光效大幅低於藍光,光效難以突破10%。
拉開抽屜,江風益拿出厚厚一摞日記本,裡面記的是每一天的科研進展。這個習慣,他保持了近30年。
20世紀90年代,由南昌大學潘傳康(中)、江風益(右)及鄭戴仇三位教授合作完成的應變超晶格結構研究取得重大成果。他們首創的離子束溝道分層掃描技術將測量精度提高了一個數量級,屬當時國際領先水平(資料照片)。新華社記者 宋振平 攝
翻開最上面的日記本,在一頁「9.4%」的數字下面,江風益重重畫了幾道線:「這是一道坎。」
當時,實驗室有4台MOCVD設備。江風益拿出3台做藍光,1台做黃光。「投入很大、前途未知,我步子不敢邁得太快。」
但這台機器上做出的黃光光效,就停在了9.4%。
「我當時有過遲疑,心想這條路能走通嗎?」江風益把日記本往後翻。
日記本里,多是一天一頁的科研數據。但2016年2月3日那一天,江風益寫了密密麻麻5頁。他記下的是習近平總書記考察時的情景與囑託。
「我們決定拿出3台設備做黃光,幹起來!」江風益站起來,給我們翻柜子里的文件,「你們看,國家的支持多起來了,省里、市裡的扶持政策也有了,趕上這樣的好時候,我們有什麼借口不努力呢?」
江風益和團隊「釘」在了實驗室。餓了,在實驗室吃盒飯;累了,找地方打個盹。「曾經最長有一星期沒出過大樓。」他指著屋裡那張床說。
江風益在位於南昌高新區的實驗室內與團隊成員一起工作(2022年8月5日攝)。新華社記者 周密 攝
40天後,光效就突破了「黃光鴻溝」,達到12.2%。但後來,這個數值又不動窩了。
「就知道,這個鴻溝沒那麼好跨!」江老師說到這裡頓了頓,「我經過思考提出,改設備!拿進口的MOCVD設備『開刀』,大家聽說後都說我膽太大。」
一個多月里,他帶著兩名設備專家和一批工程師加班加點,6次大改、10多次小改,硬是讓MOCVD的性能大幅提升。
2016年5月5日,接近百天的攻關後,江風益一早來到實驗室。大家都盯著屏幕,新設備製造的晶元和器件測試結果出來了——17.2%!
有學生大喊起來。一向內斂的江風益也高興地鼓起掌。
「12%的時候我心裡還沒底,到了17%,說明這條路可行。」
那天的日記是怎麼寫的?
「2016-05-05,結果:光效達17%……如果進一步優化,就有希望達到25%以上……」
猜到我們在想什麼,江老師說:「我覺得離總書記對我們的囑託還差得遠呢,不能驕傲。」
2016年10月26日21.4%、2018年7月16日24.3%、2020年11月25日27.9%……黃光光效一次次突破,不斷刷新世界紀錄。
江風益的「追光」之路還在延續。這兩年,他們不斷提升黃光光效,也加快了成果轉化。站起來向窗外看,老江指著不遠處的艾溪湖公園金黃色景觀燈說:「那就是我們的金黃光LED,已經實現了量產。」
天黑了,我們起身告別。「今天不能留你們吃晚飯了。」江風益歉意地跟我們握手,也透露了一個好消息,「我們在黃光上又有大突破,在特定工作點最高光效達50%以上!」
江風益送我們下樓,只見研究中心大廳牆上寫著六個紅色大字:多發光,少發熱。
他特意停下了腳步說:「這句話有三重含義:一是在LED領域,要多發光就要少發熱;二是為人處世要潛心做事,少頭腦發熱;三是在科研中要耐得住寂寞,少湊熱鬧。」
揮手告別,江風益轉身又走進了實驗室。
文字記者:郭強、余賢紅
新媒體編輯:鄔金夫