„Mehr Licht, weniger Wärme“: Ein Tag im Leben von Akademiker Jiang Fengyi von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Um 8 Uhr morgens gingen wir ins Büro des Nationalen Zentrums für Ingenieurtechnik und Forschung zu siliziumbasierten LEDs, um Jiang Fengyi zu interviewen, aber er war nicht da. Seine Studenten sagten uns: „Sie sind am falschen Ort; Professor Jiang hält sich selten in seinem Büro auf.“

Dieses Forschungszentrum befindet sich in der High-Tech-Zone von Nanchang. Das dreistöckige Gebäude beherbergt sechs Labore, darunter solche für die Ausrüstungsfertigung, das Materialwachstum und die Chip-Herstellung. „Wo immer es ein unlösbares Problem gibt, wird der Lehrer erscheinen. Sie können ihn nur über sein Mobiltelefon erreichen.“

Der Anruf wurde verbunden, und eine Stimme mit Jiangxi-Akzent auf Hochchinesisch war zu hören: „Ich bin hier im Raum für MOCVD-Anlagen im ersten Stock; heute ist es sehr hektisch!“

▲ Jiang Fengyi arbeitet in seinem Labor im Hochtechnologie-Industrieentwicklungsgebiet von Nanchang (Foto aufgenommen am 5. August 2022). Foto von Zhou Mi, Nachrichtenagentur Xinhua

Betreten Sie das Labor, in dem sieben MOCVD-Anlagen ordentlich aufgereiht sind. Sie sind Schlüsselgeräte zur Herstellung von Halbleiterbeleuchtungs-Chips. Vor der größten Anlage steht eine Person mittlerer Größe in einem weißen Reinraumanzug und gibt allen Anwesenden Anweisungen.

Die Kontrollleuchte des Geräts blinkte, und die Daten auf dem Bildschirm der Konsole änderten sich ständig. „Experimente erfordern ständiges Ausprobieren und Korrigieren.“ Der Referent erhob seine Stimme. Er war Jiang Fengyi.

Jiang Fengyi, 59 Jahre alt, ist Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Vizepräsident der Universität Nanchang, doch er lässt sich lieber „Lehrer Jiang“ nennen – diese Anrede gefällt ihm.

Wir riefen: „Lehrer Jiang“. Er winkte uns, uns daneben zu setzen: „Warten Sie einen Moment. Wir stehen derzeit vor einem schwierigen Problem bei unserem Experiment mit gelber LED“.

Die Leuchtdiode (LED), im Englischen als LED abgekürzt, ist ein häufig verwendetes lichtemittierendes Bauteil. Die Gelblicht-LED ist die Schlüsselkerntechnologie, auf die sich Jiang Fengyi in den letzten Jahren konzentriert hat. Sie benötigt keinen Leuchtstoff aus seltenen Erden und stellt keine Blaulichtgefährdung dar und wird als möglicher Ersatz für die aktuelle künstliche Lichtquelle „Blaue LED + Leuchtstoff aus seltenen Erden“ angesehen.

Unerwartet dauerte das Warten mehrere Stunden. Nach einem Rundgang durch das Labor folgten wir Lehrer Jiang in das Büro im dritten Stock.

Nachdem er seinen staubdichten Anzug ausgezogen hatte, war das weiße Hemd von Professor Jiang schweißnass. „Die Forschungsbedingungen sind jetzt viel besser!“, sagte er und zeigte aus dem Fenster. „Wir sind vom Campus der Universität Nanchang in die Hochtechnologiezone umgezogen. Dieses Laborgebäude hat eine Fläche von fast 9.000 Quadratmetern. Zu Beginn hatte das Labor nur 60 Quadratmeter. Wir haben 600.000 Yuan geliehen, um Geräte zu kaufen, und mit der Forschung an blauen LED begonnen.“

▲ Jiang Fengyi arbeitet in seinem Labor im Hochtechnologie-Industrieentwicklungsgebiet Nanchang (Foto aufgenommen am 5. August 2022). Foto von Zhou Mi, Nachrichtenagentur Xinhua

Ziehen Sie die Vorhänge zu, schalten Sie das Licht im Raum ein und lassen Sie das Gespräch mit diesem raumfüllenden „Licht“ beginnen.

“这个天花板吊灯就是我这里研制的，以人眼比较舒适的红、黄光为主。”江老师“开课”了：从煤油灯、白炽灯、荧光灯到蓝光LED，以前一次次照明技术都是由国外定义。

"Zum Beispiel wurden Petroleumlampen 'Fremdöllampen' genannt, weil das Lampenöl damals importiert wurde. Die LED-Beleuchtungstechnologie hat auch im Ausland Durchbrüche erzielt, aber wir können uns nicht ständig auf ausländische LED-Lampen verlassen!"

Zu Beginn dieses Jahrhunderts waren die Kernpatente für blaue LEDs, die heute weit verbreitet sind, noch von ausländischen Unternehmen monopolisiert. Dies traf Jiang Fengyi zutiefst.

Er war entschlossen, neue Wege zu gehen, indem er sich dafür entschied, Materialien auf Silizium-Substraten für die Chip-Herstellung zu züchten. Dieser Prozess umfasst zahlreiche Schritte, wobei die Materialstruktur allein aus über 70 Schichten besteht, das Wachstumsverfahren mehr als 100 Schritte umfasst und über 2.000 Parameter beteiligt sind.

"Jeder Parameter ist eine Variable und jede Anpassung ist ein Prozess von Versuch und Irrtum. Die optimale Lösung zu finden, erfordert Tausende und Abertausende von Iterationen", sagte er.

Jiang Fengyi hat diesen Weg des „Lichtjagens“ 19 Jahre lang beschritten. Er entwickelte erfolgreich Materialien und Chiptechnologie für blaue LEDs auf Silizium-Substrat, wodurch China das dritte Land der Welt wurde, das über unabhängige geistige Eigentumsrechte an der Technologie blauer LEDs verfügt.

Schalten Sie eine zylindrische Tischlampe auf dem Tisch ein, und sanftes gelbes Licht breitet sich auf der Tischfläche aus. Lehrer Jiang klopft fröhlich darauf: „Das ist goldgelbes LED, eine bessere und schwierigere LED-Beleuchtungstechnologie!“

Im Jahr 2011, während er sich auf blaue LEDs konzentrierte, hatte Jiang Fengyi bereits sein Augenmerk auf gelbe LEDs gerichtet. Doch Forscher im In- und Ausland standen vor einer „gelben Lichtlücke“ – die Lichtausbeute von gelbem Licht war deutlich niedriger als die von blauem Licht, und der Wirkungsgrad konnte kaum die 10 %-Marke durchbrechen.

Jiang Fengyi zog die Schublade heraus und nahm einen dicken Stapel Tagebücher heraus, in denen er den täglichen Fortschritt seiner Forschung festhielt. Diese Gewohnheit pflegt er seit fast 30 Jahren.

▲In den 1990er Jahren wurden bedeutende Ergebnisse in der Forschung zu verspannten Supergitterstrukturen erzielt, die durch die Zusammenarbeit von drei Professoren der Nanchang-Universität abgeschlossen wurde: Pan Chuankang (Mitte), Jiang Fengyi (rechts) und Zheng Daichou. Ihre bahnbrechende Schicht-für-Schicht-Scantechnologie mit Ionenstrahlkanalisierung erhöhte die Messgenauigkeit um eine Größenordnung und erreichte damals ein international führendes Niveau (Archivfoto). Foto von Song Zhenping, Nachrichtenagentur Xinhua.

Als er das oberste Tagebuch aufschlug, zog Jiang Fengyi mehrere dicke Linien unter die Zahl „9,4 %“ auf einer Seite: „Das ist eine Hürde.“

Zu dieser Zeit verfügte das Labor über vier MOCVD-Anlagen. Jiang Fengyi setzte drei für blaues Licht und eine für gelbes Licht ein. „Die Investition war hoch und die Zukunft ungewiss, daher wagte ich es nicht, zu schnelle Schritte zu machen.“

Die Lichtausbeute des von dieser Maschine erzeugten gelben Lichts blieb jedoch bei 9,4 % stehen.

"Ich zögerte damals und fragte mich, ob dieser Weg zum Erfolg führen würde?" Jiang Fengyi blätterte in seinem Tagebuch zurück.

Das Laborbuch enthält normalerweise eine Seite mit Forschungsdaten pro Tag. Aber am 3. Februar 2016 füllte Jiang Fengyi fünf dicht beschriebene Seiten. Er notierte die Szenen und Anweisungen aus der Inspektionsreise von Generalsekretär Xi Jinping.

„Wir haben beschlossen, drei Geräte für gelbes Licht bereitzustellen – packen wir’s an!“ Jiang Fengyi stand auf und durchsuchte die Akten im Schrank. „Sehen Sie, die nationale Unterstützung nimmt zu, und es gibt nun Förderpolitiken auf Provinz- und Stadtebene. Bei solch günstigen Rahmenbedingungen, welche Ausrede haben wir, uns nicht anzustrengen?“

Jiang Fengyi und sein Team waren im Labor „festgenagelt“. Wenn sie Hunger hatten, aßen sie Fertiggerichte im Labor; wenn sie müde waren, suchten sie sich einen Platz für ein Nickerchen. „Einmal sind wir eine ganze Woche lang nicht aus dem Gebäude gekommen“, sagte er und zeigte auf das Bett im Zimmer.

▲ Jiang Fengyi arbeitet mit seinen Teammitgliedern im Labor in der Hochtechnologiezone Nanchang (Foto aufgenommen am 5. August 2022). Foto von Zhou Mi, Nachrichtenagentur Xinhua

Nach 40 Tagen durchbrach die Lichtausbeute die „Gelblicht-Lücke“ und erreichte 12,2 %. Doch später stagnierte dieser Wert.

"Ich wusste es, diese Kluft ist nicht so leicht zu überwinden!", sagte Lehrer Jiang und machte eine Pause. "Nach reiflicher Überlegung schlug ich vor, die Ausrüstung zu modifizieren! Wir beschlossen, die importierte MOCVD-Ausrüstung zu 'operieren'. Als alle davon hörten, sagten sie, ich sei zu kühn."

Über einen Zeitraum von mehr als einem Monat leitete er zwei Ausrüstungsexperten und ein Team von Ingenieuren bei Überstunden, führte sechs große Änderungen und mehr als zehn kleine Anpassungen durch und steigerte die Leistung der MOCVD-Anlage erheblich.

Am 5. Mai 2016 kam Jiang Fengyi nach fast 100 Tagen intensiver Forschung früh morgens ins Labor. Alle starrten auf den Bildschirm, als die Testergebnisse der mit der neuen Ausrüstung hergestellten Chips und Bauteile vorlagen – 17,2 %!

Ein Student rief laut. Jiang Fengyi, der normalerweise zurückhaltend ist, klatschte ebenfalls fröhlich.

"Bei 12 % war ich noch unsicher, aber das Erreichen von 17 % zeigte, dass dieser Weg machbar ist."

Wie wurde der Tagebucheintrag an diesem Tag verfasst?

"2016-05-05, Ergebnis: Die Lichtausbeute erreichte 17 %... Mit weiterer Optimierung wird hoffentlich ein Wert von über 25 % erreicht..."

Erratend, was wir dachten, sagte Lehrer Jiang: „Ich habe das Gefühl, dass wir noch weit davon entfernt sind, den Erwartungen des Generalsekretärs an uns gerecht zu werden; wir dürfen nicht stolz sein.“

26. Oktober 2016: 21,4 %, 16. Juli 2018: 24,3 %, 25. November 2020: 27,9 %... Die Lichtausbeute von gelbem Licht hat wiederholt Durchbrüche erzielt und kontinuierlich neue Weltrekorde aufgestellt.

Jiang Fengyis Weg der „Lichtjagd“ geht weiter. In den letzten zwei Jahren haben sie die Lichtausbeute des gelben Lichts kontinuierlich verbessert und die Umsetzung der Ergebnisse beschleunigt. Er stand auf, um aus dem Fenster zu schauen, und der alte Jiang zeigte auf die goldenen Landschaftsleuchten im nahegelegenen Aixi-See-Park und sagte: „Das sind unsere goldgelben LED-Leuchten, die bereits in die Massenproduktion gegangen sind.“

Als es dunkel wurde, standen wir auf, um uns zu verabschieden. „Es tut mir leid, dass ich Sie heute nicht zum Abendessen einladen kann“, sagte Jiang Fengyi entschuldigend, während er uns die Hand schüttelte. Er teilte auch eine gute Nachricht mit: „Wir haben einen weiteren großen Durchbruch bei gelbem Licht erzielt, wobei die maximale Lichtausbeute an bestimmten Arbeitspunkten über 50 % liegt!“

Jiang Fengyi begleitete uns nach unten, wo wir sechs große rote Schriftzeichen an der Wand der Lobby des Forschungszentrums sahen: „Mehr Licht emittieren, weniger Wärme erzeugen.“

Er hielt bewusst inne und sagte: „Dieser Satz hat drei Bedeutungsebenen: Erstens, im LED-Bereich muss man weniger Wärme erzeugen, um mehr Licht abzugeben; zweitens sollte man im zwischenmenschlichen Umgang konzentriert arbeiten und Impulsivität vermeiden; drittens muss man in der wissenschaftlichen Forschung Einsamkeit ertragen und nicht Trends hinterherlaufen.“

Mit einem Wink zum Abschied drehte sich Jiang Fengyi um und ging wieder ins Labor.

Während der CLITI-Ausstellung am 14. und 15. September wird die China Association of Lighting Industry（中国照明电器协会） die „Chinesische Industriekonferenz für Beleuchtung 2022 (12. Ausgabe)“ in Shenzhen abhalten. Akademiker Jiang Fengyi von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wird an der Veranstaltung teilnehmen und als besonderer Gast einen Vortrag zum Thema „Halbleiterbeleuchtung (SSL)-Technologie und Anwendungsperspektiven“ halten.

▲Hong Bing (links), General Manager von China Light Network; Jiang Fengyi (rechts), Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Vizepräsident der Universität Nanchang

Jiang Fengyi

Geboren 1963, Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Professor der ersten Klasse, Promotionsbetreuer. Derzeit ist er Mitglied des Parteikomitees und Vizepräsident der Nanchang-Universität, Direktor des Nationalen Zentrums für Ingenieurtechnik und Forschung zu siliziumbasierten LEDs sowie Leiter des Teams für technologische Innovation im Bereich Halbleiterbeleuchtung (SSL) des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie und des Bildungsministeriums.

Erwarb 1984 den Bachelorabschluss am Fachbereich Physik der Jilin-Universität. Nach dem Abschluss arbeitete er in der Lehr- und Forschungsabteilung für Physik der Abteilung für Grundkurse an der Jiangxi-Universität für Technologie; erwarb 1989 den Masterabschluss am Changchun-Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften; arbeitete ab 1992 am Institut für Materialwissenschaften der Nanchang-Universität und bekleidete nacheinander die Positionen eines außerordentlichen Professors und ordentlichen Professors; wurde 2001 zum Direktor des Ingenieurforschungszentrums des Bildungsministeriums für Halbleiter-Lichtemission ernannt.

Ausgezeichnet als Nationaler Fortschrittlicher Arbeiter (2000), Nationaler Hervorragender Wissenschafts- und Technologiearbeiter (2010), „Nationaler Hervorragendes Mitglied der Kommunistischen Partei Chinas“ (2016) und mit dem Ersten Preis des Nationalen Preises für Technologische Erfindungen (2016). Die Internationale Allianz für Halbleiterbeleuchtung verlieh Genossen Jiang Fengyi den „Globalen Preis für Herausragende Beiträge zur Halbleiterbeleuchtung“. Erfinder der Silizium-Substrat-LED-Technologie und Gründer von JNCE Optoelectronics. Er leitete mehr als 30 nationale Projekte, darunter das Nationale 863-Programm, den Elektronischen Entwicklungsfonds sowie wissenschaftlich-technische Projekte/Themen der Provinz Jiangxi; erhielt mehr als 90 in- und ausländische erteilte Erfindungspatente; und veröffentlichte mehr als 90 SCI-indexierte Artikel.

▲Dieser Artikel wurde vom offiziellen WeChat-Konto nachgedruckt: Nachrichtenagentur Xinhua (ID: newsxinhua). Autoren des Originaltextes: Guo Qiang, Yu Xianhong. Originaler Redakteur für neue Medien: Wu Jinfu

Die 12. Konferenz der chinesischen Beleuchtungsindustrie 2022 freut sich auf Ihre Teilnahme