Историята на светодиодите: сиянието на Лосев

Името на Олег Владимирович Лосев днес е известно само на тесен кръг специалисти. Какво жалко: неговият принос в науката, за развитието на радиотехниката е такъв, че дава право на този аскетичен учен на благодарната памет на неговите потомци.

Ученик от пети клас на истинското училище на дореволюционния Твер Олег Лосев, който тихо се ровеше за една вечер в полусекретната си домашна радиолаборатория, която той оборудва с пари, спестени от закуски в училище, и направи още един електрически пискюл. И никой не би могъл да си помисли, че в скромно любезно момче, което се открояваше сред съученици с дълбоко разбиране на физиката, любов към експериментирането, се формира личността на целенасочен изследовател.

Всичко започна с публична лекция за безжичната телеграфия, както наричаха радиото по това време, която изнесе ръководителят на приемната станция в Твер Б. М. Лещински. На четиринадесет години Олег Лосев прави окончателния избор: призванието му е радиотехника.

За Лосев случайна пътна среща с най-големия радио специалист от онова време, професор В. К. Лебедински, се оказа голям житейски късмет. В каретата на пътуващ влак, един почтен учен и ентусиазиран младеж се срещнаха и се сприятелиха завинаги. Олег често посещава радиостанцията за международни отношения в Твер, където Лебедински идва от Москва за научни съвети.

Следва световна война - станцията се занимава с прихващане на радио комуникации на противника. Ученикът на В. К. Лебедински, лейтенант М. А. Бонч-Бруезич, страстен пропагандист на радиобизнеса, по всякакъв начин пази младия радиолюбител. В домашната лаборатория на Олег работата е в разгара си: тества се кохерери, правят се кристални детектори.

Настъпи революционната 1917 година. По това време Лосев завършва гимназия. Мечтае да стане радиоинженер. Но за това е необходимо да се получи специално образование и той подава документи в Московския институт по комуникации.

През 1918 г. инициативна група, ръководена от Бонч-Бруезич, се премества в Нижни Новгород, където е създаден първият институт за радиотехнически изследвания в Съветска Русия, Нижегородската радиолаборатория (NRL). В. К. Лебедински става председател на Съвета на NRL и редактор на първото национално научно радио списание „Телеграфия и телефония безжично“ („TiTbp“). NRL играе основна роля в развитието на вътрешните радиотехнологии.

Лосев учи в Института по комуникации само един месец и скоро се озова в Нижни Новгород - в кръга на своите учители и покровители. Разбира се, не беше без активна агитация от В. К. Лебедински. Безкористен, внимателен учител пое отговорност за образованието на млад мъж. Лосев се присъедини към изследователските дейности на лаборатории, занимаващи се с разработването на най-новото за това време радио оборудване.

Страстта към безжичната телеграфия в онези години обхвана целия свят. Стъклена тръба с железни пълнежи, кохератор, вече се е оттеглила в историята и отдавна овладеният кристален детектор престана да задоволява нарастващите нужди на радиооператорите. Наближава ерата на електронната лампа. Въпреки това, имаше изключително малко от тях, всъщност единственият тип радио-тръба R-5 и дори това остана границата на мечтите на всички, обсебени от радиотехниката. Следователно, неотложната задача на онези години беше подобряването на кристалния детектор. Тези устройства работеха много нестабилно.

Лосев проверява чистотата на повърхността и външната структура на кристалите, в различни режими, изучава характеристиките на токово напрежение на детекторите и оценява факторите, които влияят върху тях.

Младият изследовател не напуска лабораторията в Нижни Новгород с дни: през деня, когато провежда експерименти, през нощта заема своето „място” на третия етаж, преди да отиде на тавана, където е леглото му, а палтото му служи като одеяло. Това беше „комфортът“ от началото на 20-те години.

Изучавайки характеристиките на тока - напрежение на детекторите, Лосев забеляза, че някои проби имат доста странна крива, включително и инцидентната секция. Те откриват също толкова нестабилни, но нещо подсказва на Олег, че той е на път за решение. В края на 1921 г., по време на кратка ваканция в Твер, Лосев продължава експериментите си в младежката си лаборатория. Отново взема цинкит и въглен от старата лампа, започва да тества детектора. Какво е това? В слушалките някаква далечна станция предава Морзов код чисто и силно. Това не се е случвало преди ... Значи - рецепцията не е детектор!

Това беше първото хетеродинно устройство, базирано на полупроводниково устройство. Полученият ефект по същество е прототип на транзисторния ефект. Лосев успя да идентифицира кратко падащо сечение на характеристиката, което може да доведе до самовъзбуждане на осцилаторната верига. Така на 13 януари 1922 г. 19-годишен изследовател направи изключително откритие. Те ще го разберат и теоретично ще го опишат много по-късно, но засега - практическият резултат: радиооператорите по целия свят получават обикновен приемник на детектор, който работи не по-лошо от скъп тръбен локален осцилатор, без обемисти батерии, без оскъдни електронни тръби и сложна настройка.

Лосев опита много материали като работещ кристал. Най-добрият беше рафинираният цинкит, получен чрез сливане в електрическа дъга от естествени кристали цинцит или чист цинков оксид. Стоманена игла служи за контактна коса.

Описанието на полупроводников приемник с генериращ кристал се появи на печат - това беше последната дума в радиотехниката. Скоро Олег разработва редица радиосхеми с кристали и пише брошура за радиолюбители с подробни характеристики на приемниците и препоръки за производството на кристали.

Веднага след първата публикация откритието на Лосев привлече вниманието на чуждестранни експерти. Американското списание Radio News възкликна: „Младият руски изобретател О. В. Лосев пренесе изобретението си в света, без да вземе патент за него!“ Едно от френските списания пише по-тактично: "... Лосев обяви откритието си, мислейки предимно за приятелите си - радиолюбители по целия свят." Приемникът на Лосев беше наречен „Кристадин“, което означаваше кристален локален осцилатор. Кристадин получава слаб сигнал от отдалечени предавателни станции, повишава селективността на приемането и отслабва нивото на смущения.

Вълна от любителско радио обхвана младежта на страната и започна „Треска на Кристина Дина“. Цинцитът беше труден за получаване, те опитваха каквото дойде под ръка - всякакъв кристал. Масовите изследвания донесоха още една находка - галена (изкуствен оловен блясък), тя работи добре и имаше много. По-късно учените ще спорят: защо през 20-те години транзисторът не е бил отворен? Защо талантливият изследовател, като не е изчерпал всички възможности на своето откритие, изведнъж го напусна? Какво ни накара да обърнем работата в друга посока? Отговорът е ...

През 1923 г., експериментирайки с детектиращ контакт на базата на карборунд - стоманена тел двойка, Олег Лосев откри слаб блясък на кръстовището на два различни материала. Преди това той не е наблюдавал подобно явление, но преди това са използвани други материали. Карбурун (силициев карбид) е тестван за първи път. Лосев повтори експеримента - и отново полупрозрачен кристал под тънък стоманен връх светна. И така, преди малко повече от 60 години беше направено едно от най-обещаващите открития на електрониката - електролуминесценция на полупроводников възел. Лосев откри феномена случайно или имаше научни предпоставки, сега е трудно да се прецени.Така или иначе, но млад талантлив изследовател не подмина необичайно явление, не го класифицира като случаен шум, напротив, обърна голямо внимание и предположи, че той се основава на принцип, все още непознат на експерименталната физика.

Луминесценцията е изследвана многократно върху различни материали, при различни температурни и електрически условия, беше изследвана под микроскоп. Става все по-очевидно за Лосев, че се занимава с откритие. „По-вероятно е тук да се появи напълно особен електронен разряд, който, както показва опитът, няма светещи електроди“, пише той в друга статия. И така, новостта, непознатото на науката за откритото сияние за Лосев е неоспоримо, но няма разбиране за физическата същност на явлението.

Бяха формулирани няколко версии относно физическите причини за откритото сияние. Той изразява един от тях в същата статия: „Най-вероятно кристалът свети от електронно бомбардиране подобно на сиянието на различни минерали в плодовите епруветки“. По-късно, проверявайки това обяснение, Лосев поставя различни кристали в катодно-луминесцентна тръба и при облъчване сравнява спектрите и интензитета на излъчената светлина със сходни характеристики на светлината на детектора. Открито е значително сходство, но въпросът за ясното разбиране на физиката на явлението според Лосев остава отворен.

Ученият фокусира всичките си усилия върху задълбочено и подробно проучване на светлинния карборунд детектор.

В № 5 на списание TiTbp за 1927 г. се появява голяма статия „Светлинен карборунд детектор и откриване с кристали“, в която експериментаторът пише: „Могат да се разграничат два вида луминесценция ... луминесценция! "Зелено-синя, светла малка точка и луминесценция II, когато значителна повърхност на кристала флуоресцира ярко." Само няколко десетилетия по-късно се оказва, че в резултат на случайното въвеждане на атоми на други елементи в кристалната решетка на карборунда се създават активни центрове, в които се осъществява интензивна рекомбинация на токоносители, в резултат на което се изтласкват квантите на светлинната енергия.

Експериментирайки с различни видове кристали и различни контактни проводници, О. В. Лосев прави два важни извода: сиянието възниква без топлина, тоест е „студено”, инерцията на появата и разпадането на блясъка е изключително малка, тоест е практически инертна. Сега знаем: тези характеристики на сиянието, отбелязани от Лосев през 20-те, са най-важните за днешния ден Светодиоди, индикатори, оптрони, инфрачервени излъчватели.

Физическата същност на сиянието все още не е ясна и О. В. Лосев упорито търси обяснение на физиката на явлението. Скоро прави едно важно наблюдение, по-близко до разбирането на същността на процеса: „Под микроскоп можете ясно да видите, че сиянието възниква, когато контактната жица докосне остри ръбове или счупвания на кристала ...“, тоест светлина се генерира върху кристални дефекти. Технически доклади за 1927 г., съхранявани в архивите на НРЛ В. И. Ленин, потвърждават колко задълбочено е проведено изследването на светлинния карборунд детектор. Изследвано е влиянието на силно магнитно поле, ултравиолетово лъчение и рентгенови лъчи; поведение в различни среди - йонизацията на въздуха, обграждащ сиянието, е тествана и е изследвана топлинната емисия на различни минерали. Грешни версии изчезват една след друга и стъпка по стъпка натрупването на ценни знания продължава. Самият Лосев подготвя различни сортове карборундум за експерименти, монтира тестови съоръжения, триони и метални остриета, прави измервания, поддържа работни журнали - всичко от себе си, от идеята до крайните резултати.

Проучванията на Losez относно електролуминесценцията получиха широк отзвук и признание в чужбина.Творбите му са препечатани от чуждестранни списания, а откритието получи официалното име - „Светят на Лосев“. И в чужбина, и ние сме правили опити да го използваме на практика. Самият Лосев получи патент за устройството „светлинно реле“, но лошото развитие на теорията на твърдото тяло по това време и почти пълното отсъствие на полупроводникова технология не позволиха на учения да намери практически приложения за работа с електролуминесценция. По същество те са свързани с проблемите на бъдещето и редът дойде при тях едва след 20-30 години.

Практическото използване на ефекта на сиянието на Лосев започва в края на петдесетте години. Това беше улеснено от разработването на полупроводникови устройства: диоди, транзистори, тиристори, Не само полупроводниковите елементи бяха елементи за показване на информация - обемисти и ненадеждни. Поради това във всички страни, разработени в научно-техническо отношение, се провежда интензивно разработване на полупроводникови светоизлъчващи устройства.

Първият от тях започна да се предлага в търговската мрежа фосфидно-галиев червен светодиод. След него се появи диод от силициев карбид с жълто лъчение. През шестдесетте години физиците и технолозите създават зелени и оранжеви светодиоди. Накрая, в началото на текущото десетилетие, върху антимонида беше получен син светодиод. Успоредно с това имаше търсене на нови технологични методи, полупроводникови материали и прозрачни пластмаси. В резултат на интензивна работа яркостта на сиянието на устройствата значително се увеличи, разработени са различни видове сегментирани цифрови буквено-цифрови индикатори, матрични индикатори и линейни скали. Устройства с променящ се блясък цвят, както и различни видове светодиодни мнемонични излъчватели, които подчертават разнообразие от геометрични фигури: правоъгълник, триъгълник, кръг и др. Напоследък се появи нов клас устройства - модули от плоски твърди екрани, от които можете да сглобявате мозаечни екрани и ново поколение борд.

Ученият изпреварва съвременниците си. Неговата заслуга е не само в откриването на светлината на детектора, но главно в това, че с изследванията си той повдигна проблема толкова рязко, че продължаването на работата в тази област стана неизбежно. И така, интуицията и постоянството на О. В. Лосев се дължи на появата на нова посока на електрониката - полупроводникова оптоелектроника, която има голямо бъдеще.

Прочетете също:Използването на светодиоди в електронни схеми