Šviesos diodų istorija: Losevo švytėjimas

Olego Vladimirovičiaus Losevo vardas šiandien žinomas tik siauram specialistų ratui. Labai gaila: jo indėlis į mokslą, radijo inžinerijos plėtrą yra toks, kad suteikia teisę šiam asketiškam mokslininkui suteikti dėkingą palikuonių atminimą.

Tverės priešrevoliucijos Tverės realiosios mokyklos penktos klasės mokinys tą vakarą tyliai rėkė savo pusiau slaptoje namų radijo laboratorijoje, kurioje įrengė pinigus, sutaupytus iš mokyklinių pusryčių, ir padarė dar vieną elektrinį voverį. Ir niekas negalėjo pagalvoti, kad kukliame mandagiame berniuke, kuris išsiskyrė tarp klasiokų su giliu fizikos supratimu, meile eksperimentuoti, formuojasi tikslingo tyrėjo asmenybė.

Viskas prasidėjo nuo viešos belaidės telegrafijos paskaitos, kaip tuo metu jie vadinosi radiju, kurią skaitė „Tver“ radijo priėmimo stoties vadovas B. M. Leshchinsky. Būdamas keturiolikos Olegas Losevas priima galutinį sprendimą: jo pašaukimas yra radijo inžinerija.

Losevui atsitiktinis kelių susitikimas su didžiausiu to meto radijo specialistu, profesoriumi V. K. Lebedinskiu pasirodė esąs didelis gyvenimo pasisekimas. Vežant priemiestinį traukinį, garbingas mokslininkas ir entuziastingas jaunuolis susitiko ir tapo draugais amžiams. Olegas dažnai lankėsi Tverės tarptautinių ryšių radijo stotyje, kur Lebedinsky atvyko iš Maskvos, kad gautų mokslinių patarimų.

Vyksta pasaulinis karas - stotis užsiima priešo radijo ryšiu. Aistringas radijo verslo propaguotojas V. K. Lebedinsky auklėtinis leitenantas M. A. Bonch-Bruezich visais įmanomais būdais saugo jauną radijo mėgėją. Namų Olego laboratorijoje darbas vyksta įkarštyje: bandomi košeriai, daromi kristalų detektoriai.

Atėjo revoliuciniai 1917 metai. Šiuo metu Losevas baigia vidurinę mokyklą. Jis svajoja tapti radijo inžinieriumi. Bet tam reikia gauti specialų išsilavinimą, jis pateikia dokumentus Maskvos ryšių institutui.

1918 m. Boncho-Bruezicho vadovaujama iniciatyvinė grupė persikėlė į Nižnij Novgorodą, kur buvo įkurtas pirmasis radijo inžinerijos tyrimų institutas Sovietų Rusijoje - Nižnij Novgorodo radijo laboratorija (NRL). V. K. Lebedinsky tampa NRL tarybos pirmininku ir pirmojo vietinio mokslinio radijo žurnalo „Telegraphy and Telephony Wirelessly“ („TiTbp“) redaktoriumi. NRL vaidino svarbų vaidmenį kuriant vietinę radijo technologiją.

Losevas tik vieną mėnesį studijavo Ryšių institute ir netrukus atsidūrė Nižnij Novgorode - savo dėstytojų ir globėjų rate. Žinoma, tai nebuvo be aktyvaus V. K. Lebedinskio agitacijos. Nesavanaudiškas, dėmesingas mokytojas prisiėmė atsakomybę už jauno vyro ugdymą. Losevas įsitraukė į laboratorijų, užsiimančių to meto naujausios radijo įrangos kūrimu, mokslinę veiklą.

Aistra belaidžiai telegrafijai tais metais apėmė visą pasaulį. Stiklo vamzdis su geležies drožlėmis, šiferis, jau įsitvirtino istorijoje, o ilgai įvaldytas kristalų detektorius nustojo tenkinti augančius radijo operatorių reikalavimus. Artėjo elektroninės lempos era. Tačiau jų buvo labai mažai, iš tikrųjų vienintelio tipo radijo vamzdeliai R-5, ir net tai išliko visų svajonių apie radijo technologijas svajonių riba. Todėl tų metų neatidėliotina užduotis buvo kristalų detektoriaus patobulinimas. Šie prietaisai veikė labai nestabiliai.

Losevas įvairiais režimais tikrina kristalų paviršiaus ir išorinės struktūros švarumą, tiria detektorių srovės įtampos charakteristikas ir įvertina juos įtakojančius veiksnius.

Jaunasis tyrėjas iš dienų neišeina iš Nižnij Novgorodo laboratorijos: dienos metu jis atlieka eksperimentus, naktį užima „vietą“ trečiame aukšte, prieš eidamas į palėpę, kur yra jo lova, o jo kailis tarnauja kaip antklodė. Tai buvo 1920-ųjų pradžios „patogumas“.

Tyrinėdamas detektorių srovės ir įtampos charakteristikas, Losevas pastebėjo, kad kai kuriuose mėginiuose yra gana keista kreivė, įskaitant įvykio skyrių. Jie aptinka lygiai taip pat nestabiliai, tačiau kažkas Olegui sako, kad jis eina sprendimo link. 1921 m. Pabaigoje, per trumpas atostogas Tverėje, Losevas tęsė eksperimentus savo jaunatviškoje laboratorijoje. Vėl imdamas cinkitą ir anglis iš senosios lempos, jis bando detektorių. Kas tai yra Ausinėse kai kuri tolima stotis Morzės kodą perduoda švariai ir garsiai. To dar nebuvo anksčiau ... Taigi - registratūra nėra detektorius!

Tai buvo pirmasis heterodino įtaisas, pagrįstas puslaidininkiniu įtaisu. Gautas efektas iš esmės yra tranzistoriaus efekto prototipas. Losevas sugebėjo nustatyti trumpą krentančią charakteristikos atkarpą, kuri gali sukelti savaiminį virpesių grandinės sužadinimą. Taigi 1922 m. Sausio 13 d. 19-metis tyrėjas padarė puikų atradimą. Jie tai supras ir teoriškai apibūdins žymiai vėliau, tačiau kol kas - praktinis rezultatas: radijo operatoriai visame pasaulyje gauna paprastą detektoriaus imtuvą, kuris veikia ne prasčiau nei brangus vamzdinis vietinis generatorius, be didelių gabaritų baterijų, be negausių elektroninių vamzdžių ir sudėtingo nustatymo.

Losevas išbandė daugybę medžiagų kaip darbinis kristalas. Geriausias pasirodė pakenčiamas cinkitas, gaunamas sulydant natūralių cinko kristalų arba gryno cinko oksido elektriniame lanke. Plieninė adata tarnavo kaip kontaktinis plaukas.

Puslaidininkio imtuvo su generuojančiu kristalu aprašymas pasirodė spausdintai - tai buvo paskutinis žodis radijo inžinerijoje. Netrukus Olegas sukūrė nemažai radijo grandinių su kristalais ir parašė brošiūrą radijo mėgėjams su išsamiomis imtuvų charakteristikomis ir rekomendacijomis, kaip gaminti kristalus.

Iškart po pirmojo publikavimo Losevo atradimas sulaukė didelio užsienio ekspertų dėmesio. Amerikos radijo žurnalas sušuko: „Jaunas Rusijos išradėjas O. V. Losevas perdavė savo išradimą pasauliui, nepaimdamas jo patento!“ Vienas iš prancūzų žurnalų rašė taktiškiau: "... Losevas paskelbė apie savo atradimą galvodamas pirmiausia apie savo draugus - radijo mėgėjus visame pasaulyje". Losevo imtuvas buvo pavadintas „Kristadin“, kuris reiškė krištolo vietinį osciliatorių. Kristadinas gavo silpnus signalus iš tolimų perduodančių stočių, padidino priėmimo selektyvumą ir susilpnino trukdžius.

Amatų radijo banga užklupo šalies jaunimą ir prasidėjo „Cristina Dyna karštligė“. Cinko buvo sunku gauti, jie išbandė tai, kas atėjo į rankas - bet kokį krištolą. Masiniai tyrimai atnešė dar vieną radinį - galeną (dirbtinį švino blizgesį), ji gerai veikė, o jos buvo daug. Vėliau mokslininkai įrodys: kodėl 20-ajame dešimtmetyje tranzistorius nebuvo atidarytas? Kodėl gabus tyrinėtojas, neišnaudojęs visų savo atradimo galimybių, staiga jį paliko? Kas privertė mus pasukti kūrinį kita linkme? Atsakymas yra ...

1923 m. Eksperimentuodamas su aptikimo kontaktu, pagrįstu karborundo ir plieninės vielos pora, Olegas Losevas atrado silpną švytėjimą dviejų skirtingų medžiagų sankryžoje. Anksčiau jis tokio reiškinio nepastebėjo, tačiau prieš tai buvo naudojamos kitos medžiagos. Carborundum (silicio karbidas) buvo išbandytas pirmą kartą. Losevas pakartojo eksperimentą - ir vėl užsidegė permatomas kristalas po plonu plieniniu antgaliu. Taigi šiek tiek daugiau nei prieš 60 metų buvo padarytas vienas perspektyviausių elektronikos atradimų - puslaidininkio jungties elektroliuminescencija. Losevas šį reiškinį atrado atsitiktinai arba buvo mokslinės prielaidos, dabar sunku spręsti.Vienaip ar kitaip, tačiau jaunas talentingas tyrinėtojas nepraėjo pro neįprastą reiškinį, nepriskyrė jo atsitiktiniam triukšmui, atvirkščiai, atidžiai stebėjo ir spėjo, kad jis paremtas vis dar nežinomu eksperimento fizikai principu.

Liuminescencija buvo pakartotinai tiriama įvairių medžiagų, esant skirtingoms temperatūros ir elektrinėms sąlygoms, tiriama mikroskopu. Losevui vis labiau tapo akivaizdu, kad jis užsiima atradimu. „Labiau tikėtina, kad čia įvyksta visiškai savotiška elektroninė iškrova, kuri, kaip rodo patirtis, neturi žėrinčių elektrodų“, - jis rašo kitame straipsnyje. Taigi neabejotina naujovė, nežinoma mokslui apie atvirą Losevo švytėjimą Losevui, tačiau nėra supratimo apie fizinę šio reiškinio esmę.

Buvo suformuluotos kelios versijos dėl fizinių atviro švytėjimo priežasčių. Tame pačiame straipsnyje jis išreiškia vieną iš jų: „Greičiausiai kristalai švyti po elektroninio bombardavimo panašiai kaip įvairių mineralų švytėjimas vaisių mėgintuvėliuose“. Vėliau, patikrinęs šį paaiškinimą, Losevas į katodų liuminescencinį vamzdelį įdeda įvairius kristalus ir, kai švitinamas, palygina skleidžiamos šviesos spektrą ir intensyvumą su panašiomis detektoriaus švytėjimo savybėmis. Randamas reikšmingas panašumas, tačiau aiškus reiškinio fizikos supratimo klausimas, pasak Losevo, išlieka atviras.

Mokslininkas visas savo pastangas sutelkia į gilų ir išsamų šviečiančio karborundo detektoriaus tyrimą.

1927 m. Žurnalo „TiTbp“ Nr. 5 pasirodo didelis straipsnis „Švytinčio karborundo detektorius ir aptikimas su kristalais“, kuriame eksperimentatorius rašo: „Galima išskirti du luminescencijos tipus ... liuminescencija! "Žalsvai melsvas, ryškus mažas taškelis ir II liuminescencija, kai reikšmingas kristalo paviršius švyti ryškiai." Tik po kelių dešimtmečių paaiškėja, kad atsitiktinai įvedant kitų elementų atomus į karborundo kristalų gardelę, buvo sukurti aktyvūs centrai, kuriuose vyko intensyvi srovės nešėjų rekombinacija, dėl kurių buvo išstumiami šviesos energijos kvantai.

Eksperimentuodamas su skirtingų tipų kristalais ir skirtingais kontaktiniais laidais, O. V. Losevas daro dvi svarbias išvadas: švytėjimas įvyksta be šilumos, tai yra, jis yra „šaltas“, švytėjimo išvaizdos ir skilimo inercija yra ypač maža, tai yra, ji yra praktiškai inertiška. Dabar mes žinome: šios švytėjimo savybės, kurias Losevas pažymėjo 20-ajame dešimtmetyje, yra svarbiausios šiandien Šviesos diodai, indikatoriai, optronai, infraraudonųjų spindulių spinduliuotės.

Fizinė švytėjimo esmė vis dar nėra aiški, o O. V. Losevas atkakliai siekia šio reiškinio fizikos paaiškinimo. Netrukus jis padaro vieną svarbų pastebėjimą, iš arčiau suprantantį proceso esmę: „Pagal mikroskopą galite aiškiai pamatyti, kad švytėjimas įvyksta, kai kontaktinis laidas liečiasi su aštriais kristalo kraštais ar lūžiais ...“, tai yra, šviesa susidaro dėl kristalinių defektų. 1927 m. Techninės ataskaitos, saugomos V. I. Lenino NRL archyvuose, patvirtina, kaip kruopščiai buvo atlikti švytinčio karborundo detektoriaus tyrimai. Buvo tiriama stipraus magnetinio lauko, ultravioletinių spindulių ir rentgeno spindulių įtaka; elgsena įvairiose terpėse - buvo išbandyta švytėjimą supančio oro jonizacija, tiriama įvairių mineralų šiluminė emisija. Klaidingos versijos išnyksta viena po kitos ir žingsnis po žingsnio kaupiasi vertingos žinios. Pats Losevas eksperimentams ruošia įvairių veislių karborundą, montuoja bandymų įrenginius, pjauna ir galandina metalą, imasi matavimų, tvarko darbo žurnalus - pats nuo idėjos iki galutinių rezultatų.

Losezo elektroliuminescencijos tyrimai sulaukė plataus atgarsio ir pripažinimo užsienyje.Jo darbai buvo perspausdinti užsienio žurnalų, o atradimas gavo oficialų pavadinimą - „Losevo švytėjimas“. Tiek užsienyje, tiek mes bandėme tai panaudoti praktikoje. Pats Losevas gavo „šviesos relės“ įtaiso patentą, tačiau tuo metu menkas kietojo kūno teorijos vystymasis ir beveik visiškas puslaidininkių technologijos nebuvimas neleido mokslininkui rasti praktinio taikymo elektroliuminescencijos darbui. Iš esmės jie buvo susiję su ateities problemomis, ir posūkis į juos atėjo tik po 20–30 metų.

Praktinis Losevo švytėjimo efekto panaudojimas prasidėjo šeštojo dešimtmečio pabaigoje. Tai palengvino puslaidininkinių įtaisų kūrimas: diodai, tranzistoriai, tiristoriai. Ne tik puslaidininkių elementai buvo informacijos rodymo elementai - nepatogūs ir nepatikimi. Todėl visose mokslo ir technikos prasme išplėtotose šalyse buvo intensyviai plėtojami puslaidininkiniai šviesą skleidžiantys įtaisai.

Pirmasis iš jų pradėjo būti prekyboje esantis raudonojo fosfido-galio raudonas šviesos diodas. Po jo pasirodė silicio karbido diodas su geltona radiacija. Šeštajame dešimtmetyje fizikai ir technologai sukūrė žalius ir oranžinius šviesos diodus. Galiausiai dabartinio dešimtmečio pradžioje antimonidas buvo gautas mėlynai. Lygiagrečiai buvo ieškoma naujų technologinių metodų, puslaidininkių medžiagų ir skaidraus plastiko. Intensyviai dirbant, prietaisų ryškumas buvo žymiai padidintas, buvo sukurti įvairių tipų segmentiniai skaitmeniniai raidiniai ir skaitmeniniai indikatoriai, matriciniai indikatoriai ir tiesinės skalės. Įrenginiai su kintančia švytėjimo spalva, taip pat įvairių tipų LED mnemoniniai skleidėjai, išryškinantys įvairiausias geometrines formas: stačiakampį, trikampį, apskritimą ir kt. Neseniai atsirado nauja prietaisų klasė - plokščių kietojo kūno ekranų moduliai, iš kurių galite surinkti mozaikinius ekranus ir naujos kartos lenta.

Mokslininkas lenkia savo amžininkus. Jo nuopelnas yra ne tik atradus detektoriaus spindesį, bet daugiausia dėl to, kad jis taip skubiai iškėlė savo tyrimų problemą, kad darbo šioje srityje tęsimas tapo neišvengiamas. Taigi O. V. Losevo intuicija ir atkaklumas įpareigoja atsirasti nauja elektronikos kryptis - puslaidininkių optoelektronika, turinti didžiulę ateitį.

Taip pat skaitykite:Šviesos diodų naudojimas elektroninėse grandinėse