深紫外产业链逐渐走向高端,部分问题仍需改进
深紫外经过这几年的认证,基本确定其在水、空气、表面三个场景应用中,无论是在商业、工业还是消费领域,水处理均是 UVC-LED 确定性最强的市场,也是成长最快的市场。
业内人士预计在水处理市场UVC-LED占比将从 2021 年的 42% 提升至 54%,2021 年 -2026 年复合成长率达 36%。空气杀菌市场在 UVC-LED占比将保持在20%-25之间,2021年-2026年复合成长率达28%。而表面杀菌预计将从2021年的34%下降至 24%,2021年-2026年复合成长率达 21%。
据不完全估计,深紫外LED及衍生产品将在国内学校、医院、白色家电、高铁等领域稳定形成600亿元以上的市场规模,加上物流运输方面的大规模应用后将形成千亿规模市场。
我国深紫外LED在杀毒消菌领域潜在市场规模
产业高端仍面临三大问题
深紫外LED产业链涵盖衬底制备、外延生长、器件制造和封测等环节。国内在核心技术掌握方面仍与国外存在较大差距,集中表现在衬底制备能力薄弱、外延生长水平不足、短波长和大功率产品研发进度滞缓。
1-受衬底制备能力薄弱影响,产业高端突破后劲不足。
氮化铝衬底能够有效缓解外延过程中的应力累计,减少外延片缺陷,大幅提升器件性能和寿命,是实现更短波长、更高功率深紫外光电器件的基础。氮化铝衬底制备通常采用PVT(物理气相传输)法,难度大、造价高:一是制备条件苛刻。氮化铝物理化学性质极为稳定,需要2200℃和60KPa的高温高压环境才能制备;二是装备材料挑战大。坩埚是衬底制备的关键装备,由于PVT过程会产生大量具有强腐蚀性的铝蒸汽,即使石墨、氮化硼等特殊材料坩埚也不能满足要求,只能选择锇、钨、碳化钽等难度更大、造价更高的材料。
2-受技术路径锁定影响,产业竞争面临性能和成本劣势。
受制于氮化铝衬底禁运和高昂造价,我国深紫外LED研发和产业化均采取基于蓝宝石衬底上外延生长氮化铝的方式进行替代,在实现技术便利的同时也带来产品良率和成本控制方面的挑战:一是外延生长周期变长。通常需要在蓝宝石衬底上外延生长3至5微米厚的氮化铝才能进行后续工艺,外延生长时间较氮化铝衬底多4小时,对成本控制极为不利;二是外延片晶体质量较差。由于蓝宝石和氮化铝存在晶格失配, 外延层的缺陷密度通常在108cm-2量级,是氮化铝衬底的104倍,高缺陷密度导致国内产品的电光转换效率仅3% ;三是器件寿命较短。由于蓝宝石导热性远低于氮化铝,导致器件散热效果远不如氮化铝衬底。当前,我国企业产品同质化明显,普遍为波长255-280纳米的毫瓦级器件,相比之下,国外已研发225纳米的更短波长和瓦级器件。
3-受行业标准和应用示范缺乏影响,产品导入渠道不畅。
深紫外LED产业仍处于起步阶段,由于与传统紫外光源发光特性不同,且产品种类多,细分市场的成熟度不一,重新制定行业标准的必要性和紧迫性更加突出。当前,我国尚未实施国家强制标准,仅有企业联盟编制的《紫外LED标准化体系报告》《紫外LED技术与应用术语和定义》《紫外LED杀菌消毒技术报告》等标准方参考资料,但远不能适应当前深紫外LED的快速发展,仍需更多、更精准、更细致的深紫外LED标准出台。
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