Historia diod LED: blask Loseva

Nazwisko Olega Władimirowicza Łosewa znane jest dziś tylko wąskiemu kręgowi specjalistów. Jaka szkoda: jego wkład w naukę, w rozwój inżynierii radiowej jest taki, że uprawnia tego ascetycznego naukowca do wdzięcznej pamięci swoich potomków.

Uczeń piątej klasy prawdziwej szkoły przedrewolucyjnej Twer Oleg Łosew cicho pogrzebał tego wieczoru w swoim na wpół tajnym domowym laboratorium radiowym, które wyposażył w pieniądze zaoszczędzone na szkolnych śniadaniach i wykonał kolejny elektryczny pisk. I nikt nie pomyślałby, że u skromnego, uprzejmego chłopca, który wyróżniał się wśród kolegów z klasy z głębokim zrozumieniem fizyki, zamiłowania do eksperymentów, kształtuje się osobowość celowego badacza.

Wszystko zaczęło się od publicznego wykładu na temat telegrafii bezprzewodowej, jak wówczas nazywano radio, wygłoszonego przez kierownika stacji radiowej Twer B. M. Leshchinsky. W wieku czternastu lat Oleg Losev dokonuje ostatecznego wyboru: jego powołanie to inżynieria radiowa.

Dla Łosewa przypadkowe spotkanie drogowe z największym wówczas specjalistą radiowym, profesorem V.K. Lebiedinskim, okazało się wielkim szczęściem życiowym. W wagonie pociągu podmiejskiego czcigodny naukowiec i entuzjastyczny młody człowiek poznali się i zaprzyjaźnili na zawsze. Oleg często odwiedzał stację radiową stosunków międzynarodowych w Twerze, gdzie Lebedinsky przybywa z Moskwy po porady naukowe.

Trwa wojna światowa - stacja zajmuje się przechwytywaniem komunikacji radiowej wroga. Uczeń V.K. Lebiedinsky'ego, porucznik M.A. Bonch-Bruezich, namiętny propagandysta biznesu radiowego, w każdy możliwy sposób strzeże młodego amatora radiowego. W domowym laboratorium Olega praca jest w pełnym rozkwicie: testowane są kohereny, detektory kryształów.

Nadszedł rewolucyjny rok 1917. Losev w tej chwili kończy szkołę średnią. Marzy o zostaniu inżynierem radiowym. Ale w tym celu konieczne jest uzyskanie specjalnego wykształcenia, a on składa dokumenty do Moskiewskiego Instytutu Komunikacji.

W 1918 r. Grupa inicjatywna pod przewodnictwem Boncha-Bruezicha przeniosła się do Niżnego Nowogrodu, gdzie utworzono pierwszy instytut badań radiotechnicznych w Związku Radzieckim, Niżny Nowogród Radio Laboratory (NRL). V.K. Lebedinsky zostaje przewodniczącym Rady NRL i redaktorem pierwszego krajowego czasopisma naukowego „Telegraphy and Telephony Wirelessly” („TiTbp”). NRL odegrał ważną rolę w rozwoju krajowej technologii radiowej.

Losev studiował w Instytucie Łączności tylko przez miesiąc i wkrótce znalazł się w Niżnym Nowogrodzie - w gronie swoich nauczycieli i mecenasów. Oczywiście nie obyło się bez aktywnego pobudzenia V.K. Lebiedinsky'ego. Bezinteresowny, uważny nauczyciel wziął odpowiedzialność za edukację młodego mężczyzny. Łosew dołączył do prac badawczych laboratoriów zajmujących się opracowywaniem najnowszego sprzętu radiowego w tym czasie.

Pasja do telegrafii bezprzewodowej w tamtych latach ogarnęła cały świat. Szklana rurka z żelaznymi opiłkami, koheren, już przeszła do historii, a długo opanowany wykrywacz kryształów przestał spełniać rosnące wymagania operatorów radiowych. Nadeszła era lamp elektronicznych. Było ich jednak bardzo niewiele, w rzeczywistości jedyny rodzaj lampy radiowej R-5, a nawet to pozostało granicą marzeń wszystkich obsesji na punkcie technologii radiowej. Dlatego pilnym zadaniem tych lat była poprawa detektora kryształów. Urządzenia te działały bardzo niestabilnie.

Losev sprawdza czystość powierzchni i zewnętrzną strukturę kryształów, w różnych trybach, bada charakterystyki prądowo-napięciowe detektorów i ocenia wpływające na nie czynniki.

Młody badacz nie opuszcza laboratorium w Niżnym Nowogrodzie przez kilka dni: w ciągu dnia przeprowadza eksperymenty, w nocy zajmuje swoje „miejsce” na trzecim piętrze, przed udaniem się na strych, gdzie znajduje się jego łóżko, a jego płaszcz służy jako koc. To był „komfort” wczesnych lat dwudziestych.

Badając charakterystykę prądowo-napięciową detektorów, Losev zauważył, że niektóre próbki mają dość dziwną krzywą, w tym sekcję incydentu. Wykrywają równie niestabilne, ale coś mówi Olegowi, że jest na drodze do rozwiązania. Pod koniec 1921 r., Podczas krótkich wakacji w Twerze, Losev kontynuował eksperymenty w swoim młodym laboratorium. Znów bierze cynk i węgiel drzewny ze starej lampy i zaczyna testować detektor. Co to jest W słuchawkach pewna odległa stacja transmituje kod Morse'a czysto i głośno. Nie zdarzyło się to wcześniej ... Więc - odbiór nie jest detektorem!

Było to pierwsze urządzenie heterodynowe oparte na urządzeniu półprzewodnikowym. Powstały efekt jest zasadniczo prototypem efektu tranzystorowego. Losev był w stanie zidentyfikować krótki opadający odcinek charakterystyki, który może prowadzić do samowzbudzenia obwodu oscylacyjnego. Tak więc 13 stycznia 1922 roku 19-letni badacz dokonał niezwykłego odkrycia. Zrozumieją i teoretycznie opiszą to znacznie później, ale na razie - praktyczny wynik: operatorzy radiowi na całym świecie otrzymują prosty odbiornik detektora, który działa nie gorzej niż drogi lokalny oscylator lampowy, bez dużych akumulatorów mocy, bez rzadkich lamp elektronicznych i skomplikowanej konfiguracji.

Losev wypróbował wiele materiałów jako działający kryształ. Najlepszy był rafinowany cynk otrzymany przez stopienie w łuku elektrycznym z naturalnych kryształów cynku lub czystego tlenku cynku. Stalowa igła służyła jako włos kontaktowy.

Opis półprzewodnikowego odbiornika z generującym kryształem pojawił się w druku - to było ostatnie słowo w inżynierii radiowej. Wkrótce Oleg opracował szereg obwodów radiowych z kryształami i napisał broszurę dla krótkofalowców ze szczegółową charakterystyką odbiorników i zaleceniami dotyczącymi produkcji kryształów.

Natychmiast po pierwszej publikacji odkrycie Loseva przyciągnęło uwagę zagranicznych ekspertów. Magazyn American Radio News wykrzyknął: „Młody rosyjski wynalazca O. V. Losev przeniósł swój wynalazek na świat bez opatentowania go!” Jeden z francuskich magazynów napisał bardziej taktownie: „... Łosew ogłosił swoje odkrycie, myśląc przede wszystkim o swoich przyjaciołach - radioamatorach na całym świecie”. Odbiornik Łosewa otrzymał nazwę „Kristadin”, co oznaczało lokalny kryształowy oscylator. Kristadin odbierał słabe sygnały z odległych stacji nadawczych, zwiększał selektywność odbioru i osłabiał poziom zakłóceń.

Fala krótkofalarstwa pochłonęła młodzież wiejską i rozpoczęła się „Cristina Dyna Fever”. Trudno było zdobyć cynkit, próbowali tego, co przyszło mu do głowy - dowolnego kryształu. Masowe badania przyniosły kolejne odkrycie - galenę (sztuczny połysk ołowiu), działało dobrze i było ich dużo. Później naukowcy spierają się: dlaczego w latach dwudziestych tranzystor nie był otwarty? Dlaczego utalentowany badacz, nie wyczerpując wszystkich możliwości swojego odkrycia, nagle go porzucił? Co skłoniło nas do zmiany kierunku pracy? Odpowiedź brzmi ...

W 1923 roku, eksperymentując z kontaktem wykrywającym opartym na parze drutów karborundowych i stalowych, Oleg Losev odkrył słaby blask na styku dwóch różnych materiałów. Wcześniej nie obserwował takiego zjawiska, ale wcześniej stosowano inne materiały. Karborund (węglik krzemu) został przetestowany po raz pierwszy. Losev powtórzył eksperyment - i ponownie zaświecił półprzezroczysty kryształ pod cienką stalową końcówką. Tak więc nieco ponad 60 lat temu dokonano jednego z najbardziej obiecujących odkryć elektroniki - elektroluminescencja złącza półprzewodnikowego. Losev odkrył to zjawisko przez przypadek lub istniały przesłanki naukowe, teraz trudno to ocenić.Tak czy inaczej, ale młody utalentowany badacz nie przeszedł niezwykłego zjawiska, nie zaklasyfikował go jako przypadkowej ingerencji, wręcz przeciwnie, zwrócił szczególną uwagę i odgadł, że był on oparty na zasadzie wciąż nieznanej fizyce eksperymentalnej.

Luminescencję wielokrotnie badano na różnych materiałach, w różnych temperaturach i warunkach elektrycznych, pod mikroskopem. Losev stawał się coraz bardziej widoczny, że miał do czynienia z odkryciem. „Bardziej prawdopodobne jest wystąpienie całkowicie osobliwego wyładowania elektronicznego, które, jak pokazuje doświadczenie, nie ma świecących elektrod”, pisze w innym artykule. Tak więc nowość, nieznana nauce otwartego blasku dla Loseva, jest niezaprzeczalna, ale nie ma zrozumienia fizycznej istoty zjawiska.

Sformułowano kilka wersji dotyczących fizycznych przyczyn otwartej poświaty. Wyraża jeden z nich w tym samym artykule: „Najprawdopodobniej kryształ jarzy się od bombardowania elektronicznego podobnie jak blask różnych minerałów w rurkach owocowych”. Później, sprawdzając to wyjaśnienie, Losev umieszcza różne kryształy w lampie katodowo-luminescencyjnej, a po napromieniowaniu porównuje widma i intensywność emitowanego światła z podobnymi właściwościami jarzenia detektora. Stwierdzono znaczące podobieństwo, ale kwestia jasnego zrozumienia fizyki zjawiska, zdaniem Loseva, pozostaje otwarta.

Naukowiec skupia wszystkie swoje wysiłki na dogłębnym i szczegółowym badaniu świetlnego detektora karborundowego.

W nr 5 magazynu TiTbp z 1927 r. Pojawia się duży artykuł, „Luminous Carborundum Detector and Detection with Crystals”, w którym eksperymentator pisze: „Można wyróżnić dwa rodzaje luminescencji ... luminescencja! „Zielonkawo-niebieska, jasna mała kropka i luminescencja II, gdy znaczna powierzchnia kryształu fluoryzuje jasno”. Zaledwie kilka dekad później okazuje się, że w sieci krystalicznej karborundu w wyniku losowego wprowadzenia atomów innych pierwiastków powstały ośrodki aktywne, w których nastąpiła intensywna rekombinacja nośników prądu, w wyniku której kwanty energii świetlnej zostały wyrzucone na zewnątrz.

Eksperymentując z różnymi rodzajami kryształów i różnymi drutami kontaktowymi, O. V. Losev wyciąga dwa ważne wnioski: blask występuje bez ciepła, to znaczy jest „zimny”, bezwładność pojawienia się i rozpadu blasku jest niezwykle mała, to znaczy praktycznie jest bezwładna. Teraz wiemy: te cechy blasku, odnotowane przez Loseva w latach dwudziestych, są najważniejsze na dziś Diody LED, wskaźniki, transoptory, nadajniki podczerwieni.

Fizyczna istota blasku jest wciąż niejasna, a O. V. Losev uparcie szuka wyjaśnienia fizyki tego zjawiska. Wkrótce dokonuje ważnej obserwacji, bliżej zrozumienia istoty procesu: „Pod mikroskopem wyraźnie widać, że poświata pojawia się, gdy drut kontaktowy dotyka ostrych krawędzi lub pęknięć kryształu ...”, to znaczy, że na defekty krystaliczne generowane jest światło. Raporty techniczne z 1927 r., Przechowywane w archiwach V. I. Lenina NRL, potwierdzają, jak dokładnie przeprowadzono badanie detektora świecącego karborundu. Zbadano wpływ silnego pola magnetycznego, promieniowania ultrafioletowego i promieni rentgenowskich; zachowanie w różnych mediach - badano jonizację powietrza otaczającego blask i badano emisję cieplną różnych minerałów. Błędne wersje znikają jeden po drugim i krok po kroku gromadzi się cenna wiedza. Sam Losev przygotowuje różne odmiany karborundu do eksperymentów, montuje obiekty testowe, piły i ostrzy metal, dokonuje pomiarów, prowadzi dzienniki robocze - wszystko od samego pomysłu do ostatecznych wyników.

Badania Loseza dotyczące elektroluminescencji spotkały się z szerokim odzewem i uznaniem za granicą.Jego prace zostały przedrukowane przez zagraniczne magazyny, a odkrycie otrzymało oficjalną nazwę - „Losev's Glow”. Zarówno za granicą, jak i próbowaliśmy wykorzystać go w praktyce. Sam Losev otrzymał patent na urządzenie „przekaźnika światła”, ale słaby rozwój teorii półprzewodników w tym czasie i prawie całkowity brak technologii półprzewodników nie pozwolił naukowcom znaleźć praktycznego zastosowania do pracy elektroluminescencyjnej. Zasadniczo dotyczyły one problemów przyszłości, a kolej przyszła do nich dopiero po 20-30 latach.

Praktyczne wykorzystanie efektu blasku Loseva rozpoczęło się pod koniec lat pięćdziesiątych. Ułatwiło to opracowanie urządzeń półprzewodnikowych: diody, tranzystory, tyrystory. Nie tylko elementy półprzewodnikowe były elementami wyświetlania informacji - nieporęczne i nieporęczne. Dlatego we wszystkich krajach opracowanych pod względem naukowym i technicznym przeprowadzono intensywny rozwój półprzewodnikowych urządzeń emitujących światło.

Pierwszą z nich zaczęły być dostępne w handlu diody LED z fosforynowo-galu. Za nim pojawiła się dioda z węglika krzemu z żółtym promieniowaniem. W latach sześćdziesiątych fizycy i technolodzy tworzyli zielone i pomarańczowe diody LED. Wreszcie, na początku obecnej dekady, na antymonidu uzyskano niebieską diodę LED. Równolegle poszukiwano nowych metod technologicznych, materiałów półprzewodnikowych i przezroczystych tworzyw sztucznych. W wyniku intensywnych prac znacznie zwiększono jasność urządzeń, opracowano różnego rodzaju segmentowe cyfrowe wskaźniki alfanumeryczne, wskaźniki matrycowe i skale liniowe. Urządzenia o zmieniającym się kolorze świecenia, a także różne typy emiterów mnemonicznych LED, które podkreślają różnorodne kształty geometryczne: prostokąt, trójkąt, okrąg itp. Ostatnio pojawiła się nowa klasa urządzeń - moduły płaskich ekranów półprzewodnikowych, z których można montować ekrany mozaikowe i płyta nowej generacji.

Naukowiec wyprzedza swoich współczesnych. Jego zasługą jest nie tylko odkrycie blasku detektora, ale przede wszystkim fakt, że tak pilnie postawił problem w swoich badaniach, że kontynuacja pracy w tym obszarze stała się nieunikniona. Tak więc intuicja i wytrwałość O. V. Loseva jest zobowiązana do pojawienia się nowego kierunku elektroniki - optoelektroniki półprzewodników, która ma ogromną przyszłość.

Czytaj także:Zastosowanie diod LED w obwodach elektronicznych