2026年7月8日，国家科学技术奖励大会在北京召开。南昌大学江风益院士团队完成的“V缺陷三维PN结及应用”项目荣获国家自然科学奖一等奖。这是信息领域本年度仅有的三项自然科学一等奖之一，也是江风益院士继2015年凭借硅衬底蓝光LED获国家技术发明奖一等奖后，十年间第二次登顶国家科技最高奖。

这项成果的核心突破在于：将传统二维PN结界面拓展为三维立体结构，使空穴注入量子阱的路径从势垒高的极性面转变为势垒低的半极性面。由此，长期困扰行业的“黄光鸿沟”被攻克——黄光LED在常规工作电流密度下电光转换功率效率达33%，小电流密度下峰值达70%；氮化镓红光LED光效和蓝绿光LED电注入效率也得到大幅提升。

更具颠覆性的是，研究团队打破了“位错缺陷越少越好”的传统认知。氮化镓芯片内部V缺陷长期被视为性能缺陷，行业一直在全力消除它；而江风益团队逆向创新，将V缺陷从“大害”转化为“大用”，使其成为提升辐射复合效率的天然三维PN结结构。

三维PN结产业化，对洁净环境提出“原子级”要求

技术突破之后，产业化是下一个关键命题。三维PN结的形貌高度依赖于MOCVD外延过程中的原子级堆垛秩序——洁净厂房内直径大于0.1微米的悬浮颗粒，都可能成为异质成核点，破坏三维结构的周期一致性。同时，V缺陷从“有害”转为“有用”后，对其尺寸和密度的容忍窗口变得极其狭窄，要求反应室内痕量氧、水汽控制通常低于1ppb。

这正是高端洁净工程的价值所在。三维PN结生长过程对反应腔内热流场与气流场极其敏感，净化工程设计需引入主动隔振地基与分区独立送回风系统；半极性面的有效空穴注入依赖于精确的能带弯曲，要求洁净厂房内化学过滤系统对有机胺类、硅氧烷等分子级污染物进行专项脱除。

长三角LED产业集群，呼唤高标准洁净工程能力

江院士团队成果从实验室走向量产，必然依托长三角高度密集的半导体产业链。苏州、无锡、宁波、嘉兴等地汇聚了从衬底、外延到芯片封装的完整产能。承载这一先进制程的GMP无尘车间，设计逻辑正从“静态洁净度达标”转向“与工艺制程联动的环境定制”。

立足上海、服务长三角的上海碧环净化工程有限公司（www.sh-bh.cn），正是这一变革的深度参与者。针对三维PN结中试线对温湿度波动≤±0.1℃、颗粒物≥0.1μm控制等级达ISO Class 3的苛刻要求，碧环创新采用“微环境+开放环境”梯度压差控制策略；在南京某量产基地的GMP无尘车间施工中，通过CFD仿真预先优化回风柱布局，有效避免涡流区对MOCVD炉管内部热场对称性的潜在干扰。

“江院士的成果不仅是半导体能带工程的重大胜利，更是对高端洁净厂房综合性能的终极检验。”碧环净化技术团队表示。当V缺陷从“幽灵”变身为“引擎”，其背后是每一立方米空气中颗粒物的绝对收敛，是每一块高精度地坪对振动的有效阻尼，是每一套气态分子污染物过滤系统的稳定呼吸。

随着三维PN结技术加速产业化，高等级洁净环境正成为氮化镓LED芯片制造的核心基础设施。上海碧环净化工程有限公司正以国际领先的净化工程系统设计与施工能力，为下一代LED技术的产业化铺就一条洁净、精密、可控之路。

责任编辑：kj005

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