●從火把開始，人類如何尋找光明？

同學們，大家好！歡迎來到《大學》，今天我想跟大家交流的是神奇的第三代半導體。

在介紹第三代半導體之前，我先給大家介紹兩個在廈門大學校園里的故事。同學們進入廈門大學以后，都會看到在廈門大學校園里面有兩棟樓，一棟叫做囊螢樓，一棟叫做映雪樓，是取自于中國古代兩個非常著名的故事。

“囊螢”講的是晉代一位叫做車胤的青年。因為家里窮，晚上讀書的時候沒有照明的燈。怎么辦呢？夏天他就用一個布囊，到野外去采集螢火蟲，用螢火蟲的光來照亮他讀的書，所以這個故事叫“囊螢”。

“映雪”講的是冬天到雪地里用雪反射微弱的光線來讀書，所以叫做“映雪”。

在廈門大學校園里面還有另外一個故事。

1937年，抗戰開始以后，因為廈門島受到了日軍威脅，所以當時薩本棟校長就決定廈門大學整體搬遷到閩西的一個小城——長汀。但是搬過去以后，整個城里沒有電燈，學生學習沒有電燈照明，薩本棟校長就把政府配給他自己用的一輛小汽車里面的發動機拆下來發電。

這個就是薩校長的那輛小汽車。這就是原來的照片。這個就解決了當時學生在長汀上學時照明的問題。

所以當時大家都說，薩校長給大家送來了燈光。

這兩個故事串起來都有一個主題，這個主題是什么？就是照明。

人類的照明可以說經歷了一個非常長期、復雜的演變過程，人類的照明史或者說照明的技術發展史，就是人類文明史的一個縮影。

大家可能知道，最早的照明是來自于什么？都是利用自然光源。最早用太陽來照明，可以用篝火、火把。所有這些都是天然產物，利用自然的光源進行照明。

一直到了19世紀，到了1878年，人類才第一次有了我們今天看到的白熾燈，照明進入了“電氣時代”，真正可以用我們完全可控的方式實現照明。

今天的白熾燈比過去已經有了進步，但是因為物理上的限制，它發光的效率依然很難突破15%的大家公認的界限。

后來，隨著技術的進步，發明了水銀燈。水銀燈它跟白熾燈的照明機理就不一樣。水銀燈是靠激發氣體，它是一種輝光放電、氣體放電發光。比起白熾燈效率要高一些，但是它的效率按照今天的觀點來看也是有上限的。

隨著技術的進步，一方面人類希望能夠提升發光的效率，另外一方面我們也希望發展全固體的燈。它很耐用，同時一般情況下它的壽命也會很長。這個時候，隨著半導體技術的發展，LED也應運而生。

我們廈門承辦金磚會晤這個會議的時候，整個廈門市也被裝點得非常漂亮，而裝點它的最主要電光源就是LED。

●從手機到航天飛船，現代社會為何離不開它？

從半導體被發現，特別是從半導體進入大規模的生產、應用到今天，大體上經過了三代，通常都稱它們為第一代半導體、第二代半導體、第三代半導體。

第一代半導體大家都比較熟悉，最典型的就是硅。今天我們所用的各種半導體器件里，有超過90%的產品都是用硅來做的。硅的特點，第一是工藝非常成熟，技術上很成熟；第二是它相對來說比較便宜，它的原材料就是二氧化硅，各種砂子都可以用來提煉出硅。但是從物理學家角度來看，這個材料也有它的局限性，就是硅很難發光，它的發光效率很低，很難讓它發出我們所需要的光。所以第一代半導體，通常不能用來做發光器件。

第二代半導體，我們早期也稱之為化合物半導體，主要的代表是砷化鎵、磷化銦這樣的半導體。第二代半導體和硅的差別是什么呢？就是第二代半導體因為它的能量間隔，比起第一代半導體來說又寬了一點，就使得它有各種組合的方式。因此用第二代半導體通過不同的組合方式，就有可能實現比我們現在看到的大面積光伏電池有更高的能量轉換效率。我們現在看到的大面積使用的硅的太陽能電池板一般在20%，好的可以到22%，如果用化合物半導體可以做到40%以上。

而現在中國上天的這些材料，無論是飛船，還是我們的空間站，像嫦娥、玉兔、月球車等等，用到的太陽能電池板都是用化合物半導體做的。這個技術廈門大學也做了非常大的貢獻，現在有70%的器件就是由廈門大學和合作單位來供應的。這個技術的主要貢獻者就是廈門大學的康俊勇教授，他今天也參加了我們的活動。以上我講的是第二代半導體。

我們現在講的第三代半導體是什么樣的材料呢？第三代半導體最典型的代表就是氮化物半導體，特別是氮化鎵，以及跟它相關的氮化鋁、氮化銦。三族氮化物半導體是最典型的第三代半導體。有了這個氮化物半導體，我們就可以發展藍光的LED，發展綠光的LED，以及通過組合，發展白光的LED。我們今天看到的各種五彩繽紛的顯示屏，大部分手機其實也都是用的液晶屏，背后的光源都是LED的。

正是因為有了LED技術，特別是第三代半導體驅動的、能夠發出各種各樣顏色光的LED的技術，我們才有了今天五彩繽紛的世界，我們才能看到流光溢彩的建筑照明，才能看到那么美麗的城市景觀。

●2000億度！有了它一年能省這么多電

LED的發展過程一方面是尋求電光源，叫“照明革命”，尋求照明技術的突破。但實際上另外還有一個很重要的特點，就是固態照明技術變成一個非常好的節能減排技術，LED變成一個低碳光源。******指出：“我們要加快推進節能減排和污染防治，給子孫后代留下天藍、地綠、水凈的美好家園。”LED技術，恰恰就是為改善我們的環境，減少能量消耗，從而為我們的生態文明建設作出貢獻。

LED節能的效果如何呢？非常了不得。2017年，我們因為推廣了LED，全中國實現節電將近2000億度。這個數字接近了2014年澳大利亞全國的用電量，所以這是一個非常了不起的成就。