8月4日上午，山東晶泰星光電科技有限公司與英國石墨烯照明公司合并簽約儀式在濟南舉行。山東省副省長夏耕，石墨烯材料的發現者、2010年諾貝爾物理學獎得主、英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆，國際半導體照明聯盟主席吳玲等嘉賓共同見證了這一時刻。石墨烯其優良的透射率、導電性、柔韌性，被看做是下一代LED理想的電極材料，此次合作，是否意味著石墨烯在LED領域的應用邁出實質性的一步呢?
8月4日上午，山東晶泰星光電科技有限公司與英國石墨烯照明公司合并簽約儀式在濟南舉行。山東省副省長夏耕，石墨烯材料的發現者、2010年諾貝爾物理學獎得主、英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆，國際半導體照明聯盟主席吳玲等嘉賓共同見證了這一時刻。
近年來，山東把石墨烯作為新材料先導產業進行重點培育，產業化發展水平居全國前列。山東的半導體照明產業技術研究和產業化起步較早，在基礎產業和應用產業領域均有較好發展和較強創新能力。山東將在LED襯底、外延、芯片領先優勢的基礎上，進一步支持有一定基礎的下游LED封裝和應用產品制造企業增加研發投入、擴大市場規模，逐漸搭建起有市場競爭力的完善產業鏈，讓半導體照明走進千家萬戶。
英國石墨烯照明公司是石墨烯材料的發現者、2010年諾貝爾物理學獎得主、英國曼徹斯特大學安德烈·海姆(Andre Geim)教授在LED領域唯一一家以知識產權和資金投資、并參與研發經營的公司，該公司主要從事石墨烯應用研究，在LED領域擁有12項全球頂尖的石墨烯相關專利。
這次雙方簽署合并協議，是企業間跨國協作、強強聯合、優勢互補、共贏發展的新標志，希望雙方以此次股權合并為契機，共同把新企業培植壯大，盡快發展成為世界石墨烯照明行業的領導者，打造中英企業合作新樣板。
關于合作雙方：
山東晶泰星光電科技有限公司位于新泰市開發區新區，是一家專業從事LED照明、集成電路設計與封裝的高新技術企業，在芯片、封裝、電源等關鍵環節獲得國內外30余項發明和實用新型專利，有10余項科研成果填補國內空白。
英國石墨烯照明公司是石墨烯材料的發現者、2010年諾貝爾物理學獎得主安德烈·海姆教授在LED領域以知識產權和資金投資并參與研發經營的公司，該公司主要從事石墨烯應用研究，在LED領域擁有12項全球頂尖的石墨烯相關專利。兩家公司的合并，意味著石墨烯技術應用的新突破，合并后的新公司將是全球首家將石墨烯技術大規模應用在LED照明領域的企業，對LED照明行業的發展起到積極的推動作用。
LED是什么?LED未來發展趨勢如何?
LED是一種可以將電能轉化為光能的半導體器件。其核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的芯片，在P型半導體和N型半導體之間有一個PN結，當注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能轉換為光能。不同材料的芯片可以發出紅、橙、黃、綠、藍、紫色等不同顏色的光，“發光二極管”也因此而得名。
LED光源的優勢
與傳統光源相比，LED光源具有節能、環保、安全、牢固、體積小、壽命長、響應時間短、色彩豐富等諸多優勢，具體情況見下表：
LED光源由于與傳統光源相比具有諸多優勢，被公認21世紀最具發展前景的電光源，在全球獲得迅速發展。
從各國政策來看，歐洲、澳大利亞、日本、美國等國紛紛啟動白熾燈淘汰計劃，支持LED產業發展。我國在LED產業政策上相繼啟動綠色照明、半導體照明工程，鼓勵LED光源在各個領域的應用。2011年11月國家發改委正式發布《中國逐步淘汰白熾燈路線圖》，計劃到2016年全面禁止白熾燈的進口與銷售。
在LED光源的優勢特性與各國政策的支持下，LED光源將成為未來電光源的主要發展方向。2006年到2014年期間，我國LED行業整體市場規模從356億元增長至3507億元，年均復合增長率高達33%。預計2015年-2017年，LED市場規模年復合增長率依然將維持在30%以上，至2017年中國LED市場規模將達到7485億元，市場潛力巨大。
LED核心材料ITO的缺陷和石墨烯的優勢
近年來，發光二極管(LED)迅猛發展，它具有高亮度、低能耗、長壽命的優良特點，是發展固態照明技術的關鍵元器件。目前在GaN基LED中，氧化銦錫(ITO)由于其高電導率和高透光率，已成為LED生產工藝中透明導電薄膜的主要材料?
然而ITO 在使用過程中也存在一些缺點，
1)銦源材料的價格持續上漲，ITO變得日益昂貴，并且制備方法費用高昂;
2)ITO薄膜的柔韌性比較差，彎曲時容易破碎和斷裂，限制了器件的應用范圍;
3)ITO對酸性環境敏感;
4)ITO盡管在可見光區域有高達有85%的透射率，但是在紫外(UV)區域(波長小于350nm)有很強的光吸收，光透射率降低到40%以下，導致紫外LED的光提取效率大幅降低。研究表明，ITO的透射率在紫外波段從80%下降至約10%。
石墨烯自2004年由英國曼徹斯特大學首次成功制備并報道后，以其新奇的結構和性能引起了科學家的廣泛關注。石墨烯獨特的二維平面結構賦予了它優良的力學、熱學、電學、光學性質。研究發現，石墨烯具有良好的機械性能，楊氏模量約為1000Gpa，載流子遷移率達到2.1×105cm2/(V·s)，熱導率約為5000W/(m·K)從紫外到近紅外范圍內具有高達97%的透射率。
同時，自然界碳元素豐富，原料成本不到ITO的1%，且無毒無害，對環境友好。另外，與ITO薄膜比較，石墨烯薄膜具備較好的柔韌性，已有研究報道利用石墨烯制備出可折疊的無機LED陣列，這將擴展無機LED器件的應用市場。盡管這方面研究尚處于初級階段，部分實驗顯示，以石墨烯為電極制備的LED電極導電性及透明度與ITO相比有一定差距，但是，隨著石墨烯電極制備工藝的不斷完善，石墨烯可望取代ITO成為下一代電極材料。
目前，已經發展出多種制備石墨烯的技術方法，如化學氣相沉積法(CVD)、液相剝離法、氧化還原石墨法、熱分解SiC法。此外，還有電化學方法、溶劑熱法等。在這些方法中，用于制備LED電極材料的石墨烯通常采用CVD法，也是最適宜的方法。從LED的大規模工業生產來看，當前只有CVD法能夠提供大面積、高質量、導電性和透光性均好、層數可控的石墨烯，且這種方法合成的石墨烯可以轉移至任意襯底上。這種方法所需要的理想基片材料單晶鎳價格昂貴且制備工藝復雜，目前大部分都采用銅作為基片材料。石墨烯轉移到p型GaN上的技術通常采用的是利用有機材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為轉移介質的腐蝕基體法。
石墨烯制作GaN基LED電極的工藝流程、研究進展和存在的問題
圖1采用石墨烯制作LED電極的工藝流程圖
圖1 顯示了采用CVD方法制備二維石墨烯層作為LED的透明電極的制備工藝流程：
1)利用FeCl3去除Ni基底后，CVD合成的石墨烯漂浮在溶液表面;
2)石墨烯轉移到LED外延片的p型GaN表面形成電學接觸;
3)利用光刻技術實現圖形化;
4)采用感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術使得LED的n型GaN層暴露出來;
5)清除光刻膠(PR);
6)電子束蒸發p型電極與n型電極。
盡管石墨烯具有很高的載流子遷移率和透光性，但是把石墨烯應用到LED器件中制作高性能的電極，仍然面臨諸多困難，比如石墨烯與p型GaN直接接觸會在界面形成勢壘，導致高工作電壓和低光輸出功率。石墨烯中的缺陷顯著影響石墨烯薄膜電阻，進而影響LED的性能。
石墨烯與p型氮化鎵的接觸應具有典型的整流特性，當給LED施加正向電壓時，對石墨烯-半導體接觸而言施加的則是反向電壓，能帶彎曲會被加大，空穴勢壘增高，空穴注入更難，這會增加LED器件的開啟電壓及接觸電阻，導致功率損失和低光效。
由于工藝的限制，人工制備的石墨烯不可能具有理想的二維周期結構，結構中存在各種缺陷和雜質原子，常見的有Stone-Wales缺陷、單空位缺陷、雙空位缺陷等。缺陷和雜質的出現破壞了石墨烯完整的周期性結構，使得石墨烯能帶結構不再是零帶隙，而是帶隙打開，呈現半導體的特性。這些缺陷能使電子發生偏轉并導致反向散射，從而使薄膜電阻增大、光反射系數增大、吸收系數減小。
值得指出的是，與150nm厚的ITO的方塊電阻(180Ω)，目前獲得的石墨烯方塊電阻依然偏大，這說明石墨烯的制備工藝仍需進一步優化，以降低缺陷密度。
石墨烯電極應用于LED的研究進展
2010年，Kim等首次將石墨烯應用到GaN基的紫外LED中做透明電極，制備方法是微機械剝離法。盡管制備的GaN基LED在1mA的注入電流下工作電壓高達26.5V，性能與采用ITO透明電極材料的LED相比仍有相當差距，但是這一成功依然掀起了石墨烯應用于GaN基LED的研究熱潮。
