Die Geschichte der LEDs: Losevs Glühen

Der Name von Oleg Vladimirovich Losev ist heute nur einem engen Kreis von Spezialisten bekannt. Wie schade: Sein Beitrag zur Wissenschaft, zur Entwicklung der Funktechnik ist so, dass er diesen asketischen Wissenschaftler zur dankbaren Erinnerung an seine Nachkommen berechtigt.

Schüler der fünften Klasse der Realschule des vorrevolutionären Tver Oleg Losev, der in seinem halbgeheimen Heimradio-Labor, das er mit Geld aus dem Schulfrühstück ausgestattet hatte, leise einen Abend lang stöberte und einen weiteren elektrischen Quietscher herstellte. Und niemand hätte denken können, dass in einem bescheidenen höflichen Jungen, der unter Klassenkameraden mit einem tiefen Verständnis der Physik, einer Liebe zum Experimentieren auffiel, die Persönlichkeit eines zielgerichteten Forschers geformt wird.

Alles begann mit einem öffentlichen Vortrag über drahtlose Telegraphie, wie sie damals Radio nannten, der vom Leiter der Tver-Funkempfangsstation B. M. Leshchinsky gehalten wurde. Mit vierzehn trifft Oleg Losev die endgültige Entscheidung: Seine Berufung ist Funktechnik.

Für Losev war ein versehentliches Straßentreffen mit dem größten Radiospezialisten dieser Zeit, Professor V. K. Lebedinsky, ein großer Erfolg fürs Leben. In einem Nahverkehrszug trafen sich ein ehrwürdiger Wissenschaftler und ein begeisterter junger Mann und wurden für immer Freunde. Oleg besuchte oft den Radiosender Tver für internationale Beziehungen, wo Lebedinsky aus Moskau kommt, um wissenschaftliche Ratschläge zu erhalten.

Es gibt einen Weltkrieg - die Station ist damit beschäftigt, die Funkkommunikation des Feindes abzufangen. Der Schüler von V. K. Lebedinsky, Leutnant M. A. Bonch-Bruezich, ein leidenschaftlicher Propagandist des Radiogeschäfts, bewacht in jeder Hinsicht den jungen Funkamateur. Im Heimlabor von Oleg ist die Arbeit in vollem Gange: Coherrer werden getestet, Kristalldetektoren werden hergestellt.

Das revolutionäre Jahr 1917 kam. Losev beendet gerade die High School. Er träumt davon, Funkingenieur zu werden. Dafür ist jedoch eine Sonderausbildung erforderlich, und er legt dem Moskauer Institut für Kommunikation Unterlagen vor.

1918 zog eine von Bonch-Bruezich geleitete Initiativgruppe nach Nischni Nowgorod, wo das erste Forschungsinstitut für Funktechnik in Sowjetrussland, das Nizhny Novgorod Radio Laboratory (NRL), gegründet wurde. V.K. Lebedinsky wird Vorsitzender des NRL-Rates und Herausgeber der ersten nationalen wissenschaftlichen Radiozeitschrift "Telegraphy and Telephony Wirelessly" ("TiTbp"). NRL spielte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der heimischen Funktechnologie.

Losev studierte nur einen Monat am Institut für Kommunikation und befand sich bald in Nischni Nowgorod - im Kreis seiner Lehrer und Förderer. Natürlich war es nicht ohne aktive Bewegung von V. K. Lebedinsky. Ein selbstloser, aufmerksamer Lehrer übernahm die Verantwortung für die Ausbildung eines jungen Mannes. Losev beteiligte sich an den Forschungsaktivitäten von Labors, die zu dieser Zeit an der Entwicklung der neuesten Funkgeräte beteiligt waren.

Die Leidenschaft für drahtlose Telegraphie in jenen Jahren eroberte die ganze Welt. Eine Glasröhre mit Eisenspänen, ein Coherrer, ist bereits in die Geschichte eingegangen, und der langjährige Kristalldetektor hat aufgehört, die wachsenden Anforderungen der Funker zu erfüllen. Die Ära der elektronischen Lampe rückte näher. Es gab jedoch nur sehr wenige von ihnen, tatsächlich die einzige Art von Funkröhre R-5, und selbst das blieb die Grenze der Träume aller, die von Funktechnologie besessen waren. Daher war die dringende Aufgabe dieser Jahre die Verbesserung des Kristalldetektors. Diese Geräte arbeiteten sehr instabil.

Losev überprüft in verschiedenen Modi die Sauberkeit der Oberfläche und die äußere Struktur der Kristalle, untersucht die Strom-Spannungs-Eigenschaften der Detektoren und bewertet die sie beeinflussenden Faktoren.

Der junge Forscher verlässt das Labor in Nischni Nowgorod tagelang nicht: Tagsüber führt er Experimente durch, nachts nimmt er seinen „Platz“ im dritten Stock ein, bevor er auf den Dachboden geht, wo sein Bett liegt, und sein Mantel dient als Decke. Das war der "Trost" der frühen 1920er Jahre.

Bei der Untersuchung der Strom-Spannungs-Eigenschaften der Detektoren stellte Losev fest, dass einige Proben eine ziemlich seltsame Kurve aufweisen, einschließlich des einfallenden Abschnitts. Sie erkennen genauso instabil, aber etwas sagt Oleg, dass er auf dem Weg zu einer Lösung ist. Ende 1921 setzte Losev während eines Kurzurlaubs in Tver seine Experimente in seinem jugendlichen Labor fort. Wieder nimmt er Zinkit und Holzkohle aus der alten Lampe und beginnt, den Detektor zu testen. Was ist das? In den Kopfhörern überträgt eine entfernte Station Morsecode sauber und laut. Das ist noch nie passiert ... Also - der Empfang ist kein Detektor!

Dies war das erste Überlagerungsgerät, das auf einem Halbleiterbauelement basierte. Der resultierende Effekt ist im Wesentlichen ein Prototyp des Transistoreffekts. Losev konnte einen kurzen fallenden Abschnitt der Charakteristik identifizieren, der zur Selbsterregung des Schwingkreises führen kann. Am 13. Januar 1922 machte ein 19-jähriger Forscher eine herausragende Entdeckung. Sie werden es viel später verstehen und theoretisch beschreiben, aber vorerst - das praktische Ergebnis: Funker auf der ganzen Welt erhalten einen einfachen Detektorempfänger, der nicht schlechter funktioniert als ein teurer Röhrenlokaloszillator, ohne sperrige Batterien, ohne knappe elektronische Röhren und komplizierte Einrichtung.

Losev probierte viele Materialien als Arbeitskristall aus. Das beste war das raffinierte Zinkit, das durch Schmelzen in einem Lichtbogen aus natürlichen Zinkitkristallen oder reinem Zinkoxid erhalten wurde. Eine Stahlnadel diente als Kontakthaar.

Die Beschreibung eines Halbleiterempfängers mit einem erzeugenden Kristall erschien in gedruckter Form - dies war das letzte Wort in der Funktechnik. Bald entwickelte Oleg eine Reihe von Funkschaltungen mit Kristallen und verfasste eine Broschüre für Funkamateure mit detaillierten Eigenschaften der Empfänger und Empfehlungen für die Herstellung von Kristallen.

Unmittelbar nach der ersten Veröffentlichung erregte Losevs Entdeckung die Aufmerksamkeit ausländischer Experten. Das Magazin American Radio News rief aus: "Der junge russische Erfinder O. V. Losev hat seine Erfindung auf die Welt übertragen, ohne ein Patent darauf zu erhalten!" Eines der französischen Magazine schrieb taktvoller: "... Losev kündigte seine Entdeckung an und dachte hauptsächlich an seine Freunde - Funkamateure auf der ganzen Welt." Losevs Empfänger hieß "Kristadin", was einen lokalen Kristalloszillator bedeutete. Kristadin empfing schwache Signale von entfernten Sendestationen, erhöhte die Empfangsselektivität und schwächte den Interferenzpegel.

Eine Welle von Amateurfunk verschlang die Jugend des Landes und das „Cristina Dyna Fever“ begann. Zinkit war schwer zu bekommen, sie versuchten, was zur Hand kam - jeden Kristall. Massenforschung brachte einen weiteren Fund - Galena (künstlicher Bleiglanz), es funktionierte gut und es gab viele davon. Später werden Wissenschaftler argumentieren: Warum war der Transistor in den 20er Jahren nicht offen? Warum verließ der begabte Forscher, der nicht alle Möglichkeiten seiner Entdeckung ausgeschöpft hatte, diese plötzlich? Was hat uns dazu gebracht, die Arbeit in eine andere Richtung zu lenken? Die Antwort lautet ...

Als Oleg Losev 1923 mit einem Detektionskontakt auf der Basis eines Carborundum-Stahl-Drahtpaars experimentierte, entdeckte er ein schwaches Leuchten an der Verbindungsstelle zweier unterschiedlicher Materialien. Früher beobachtete er ein solches Phänomen nicht, aber zuvor wurden andere Materialien verwendet. Zum ersten Mal wurde Carborundum (Siliciumcarbid) getestet. Losev wiederholte das Experiment - und wieder leuchtete ein durchscheinender Kristall unter einer dünnen Stahlspitze auf. Vor etwas mehr als 60 Jahren wurde eine der vielversprechendsten Entdeckungen der Elektronik gemacht - Elektrolumineszenz eines Halbleiterübergangs. Losev entdeckte das Phänomen zufällig oder es gab wissenschaftliche Voraussetzungen, jetzt ist es schwer zu beurteilen.Auf die eine oder andere Weise, aber ein junger talentierter Forscher kam nicht an einem ungewöhnlichen Phänomen vorbei, stufte es nicht als zufälliges Geräusch ein, schenkte es im Gegenteil genau an und vermutete, dass es auf einem Prinzip beruhte, das der experimentellen Physik noch unbekannt war.

Die Lumineszenz wurde wiederholt an verschiedenen Materialien unter verschiedenen Temperaturbedingungen und elektrischen Bedingungen untersucht und unter einem Mikroskop untersucht. Losev wurde zunehmend klar, dass es sich um eine Entdeckung handelte. "Es ist wahrscheinlicher, dass hier eine völlig eigenartige elektronische Entladung auftritt, die, wie die Erfahrung zeigt, keine leuchtenden Elektroden aufweist", schreibt er in einem anderen Artikel. Die Neuheit, die der Wissenschaft des offenen Glühens für Losev unbekannt ist, ist unbestreitbar, aber es gibt kein Verständnis für die physikalische Essenz des Phänomens.

In Bezug auf die physikalischen Ursachen des offenen Glühens wurden mehrere Versionen formuliert. Er drückt einen von ihnen im selben Artikel aus: „Höchstwahrscheinlich leuchtet der Kristall beim elektronischen Beschuss ähnlich wie verschiedene Mineralien in den Fruchtröhren.“ Später, um diese Erklärung zu überprüfen, platziert Losev verschiedene Kristalle in einer Kathodenlumineszenzröhre und vergleicht bei Bestrahlung die Spektren und die Intensität des emittierten Lichts mit ähnlichen Eigenschaften des Detektorglühens. Eine signifikante Ähnlichkeit wird gefunden, aber die Frage nach einem klaren Verständnis der Physik des Phänomens bleibt laut Losev offen.

Der Wissenschaftler konzentriert alle seine Bemühungen auf eine gründliche und detaillierte Untersuchung des Leuchtkarborunddetektors.

In Nr. 5 des TiTbp-Magazins für 1927 erscheint ein großer Artikel, "Luminous Carborundum Detector and Detection with Crystals", in dem der Experimentator schreibt: "Zwei Arten von Lumineszenz können unterschieden werden ... Lumineszenz! "Ein grünlich-blauer, heller kleiner Punkt und eine Lumineszenz II, wenn eine signifikante Oberfläche des Kristalls hell fluoresziert." Nur wenige Jahrzehnte später stellte sich heraus, dass durch die zufällige Einführung von Atomen anderer Elemente in das Carborundum-Kristallgitter aktive Zentren entstanden, in denen eine intensive Rekombination von Stromträgern auftrat, wodurch Lichtenergiequanten ausgestoßen wurden.

O. V. Losev experimentiert mit verschiedenen Arten von Kristallen und verschiedenen Kontaktdrähten und zieht zwei wichtige Schlussfolgerungen: Das Glühen tritt ohne Wärme auf, dh es ist „kalt“, die Trägheit des Auftretens und Zerfalls des Glühens ist extrem gering, das heißt, es ist praktisch träge. Jetzt wissen wir: Diese Eigenschaften des Glühens, die Losev in den 20er Jahren feststellte, sind für die heutige Zeit am wichtigsten LEDs, Anzeigen, Optokoppler, Infrarotstrahler.

Die physikalische Essenz des Glühens ist noch unklar, und O. V. Losev sucht beharrlich nach einer Erklärung der Physik des Phänomens. Bald macht er eine wichtige Beobachtung, die dem Verständnis der Essenz des Prozesses näher kommt: „Unter einem Mikroskop kann man deutlich sehen, dass das Leuchten auftritt, wenn der Fahrdraht scharfe Kanten oder Brüche des Kristalls berührt ...“, dh Licht wird auf kristallinen Defekten erzeugt. Technische Berichte für 1927, die im Archiv des V. I. Lenin NRL gespeichert sind, bestätigen, wie gründlich die Untersuchung des Leuchtkarborunddetektors durchgeführt wurde. Der Einfluss eines starken Magnetfeldes, ultravioletter Strahlung und Röntgenstrahlen wurde untersucht; Verhalten in verschiedenen Medien - Die Ionisation der das Glühen umgebenden Luft wurde getestet und die thermische Emission verschiedener Mineralien untersucht. Fehlerhafte Versionen verschwinden nacheinander und Schritt für Schritt sammelt sich wertvolles Wissen an. Losev selbst bereitet verschiedene Sorten von Carborundum für Experimente vor, montiert Testeinrichtungen, sägt und schärft Metall, nimmt Messungen vor und führt Arbeitszeitschriften - ganz allein, von der Idee bis zu den Endergebnissen.

Losez 'Studien zur Elektrolumineszenz haben im Ausland breite Resonanz und Anerkennung gefunden.Seine Werke wurden von ausländischen Magazinen nachgedruckt, und die Entdeckung erhielt den offiziellen Namen "Losev's Glow". Sowohl im Ausland als auch wir haben versucht, es in der Praxis anzuwenden. Losev selbst erhielt ein Patent für das "Lichtrelais" -Gerät, aber die schlechte Entwicklung der Festkörpertheorie zu dieser Zeit und das fast vollständige Fehlen der Halbleitertechnologie ermöglichten es dem Wissenschaftler nicht, praktische Anwendungen für Elektrolumineszenzarbeiten zu finden. Im Wesentlichen bezogen sie sich auf die Probleme der Zukunft, und die Wende kam erst nach 20 bis 30 Jahren zu ihnen.

Die praktische Anwendung der Wirkung des Glühens von Losev begann Ende der fünfziger Jahre. Dies wurde durch die Entwicklung von Halbleiterbauelementen erleichtert: Dioden, Transistoren, Thyristoren. Nicht nur Halbleiterelemente waren Informationsanzeigeelemente - sperrig und unzuverlässig. Daher wurde in allen in wissenschaftlicher und technischer Hinsicht entwickelten Ländern eine intensive Entwicklung von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen durchgeführt.

Die erste von ihnen war eine im Handel erhältliche phosphidgalliumrote LED. Ihm folgte eine Siliziumkarbiddiode mit gelber Strahlung. In den sechziger Jahren schufen Physiker und Technologen grüne und orangefarbene LEDs. Schließlich wurde zu Beginn des laufenden Jahrzehnts eine blaue LED auf dem Antimonid erhalten. Parallel dazu wurde nach neuen technologischen Methoden, Halbleitermaterialien und transparenten Kunststoffen gesucht. Infolge intensiver Arbeit wurde die Helligkeit der Geräte deutlich erhöht, verschiedene Arten von segmentierten digitalen alphanumerischen Indikatoren, Matrixindikatoren und linearen Skalen wurden entwickelt. Geräte mit wechselnder Leuchtfarbe sowie verschiedene Arten von LED-Mnemonik-Emittern, die eine Vielzahl geometrischer Formen hervorheben: ein Rechteck, ein Dreieck, ein Kreis usw. In jüngster Zeit ist eine neue Klasse von Geräten entstanden - Module aus flachen Festkörperbildschirmen, aus denen Sie Mosaikbildschirme zusammensetzen können Board der neuen Generation.

Der Wissenschaftler ist seinen Zeitgenossen voraus. Sein Verdienst liegt nicht nur in der Entdeckung des Detektorlichts, sondern vor allem in der Tatsache, dass er mit seiner Forschung das Problem so scharf angesprochen hat, dass die Fortsetzung der Arbeit in diesem Bereich unvermeidlich wurde. Die Intuition und Ausdauer von O. V. Losev ist daher verpflichtet, eine neue Richtung der Elektronik einzuschlagen - die Halbleiteroptoelektronik, die eine große Zukunft hat.

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