Istoria LED-urilor: strălucirea lui Losev

Numele lui Oleg Vladimirovici Losev este cunoscut astăzi numai unui cerc restrâns de specialiști. Ce păcat: contribuția sa la știință, la dezvoltarea ingineriei radio este de așa natură încât dă acest om de știință ascet la memoria recunoscătoare a urmașilor săi.

Elevul clasei a cincea a adevăratei școli a prerevoluționarului Tver Oleg Losev a tăcut liniștit în acea seară în laboratorul său de radio de acasă pe jumătate secret, pe care l-a echipat cu bani economisiți de la micul dejun școlar și a făcut un alt storcător electric. Și nimeni nu s-ar fi putut gândi că, într-un băiat politicos modest, care a ieșit în evidență printre colegii de clasă, cu o înțelegere profundă a fizicii, o iubire de experimentare, se formează personalitatea unui cercetător cu scop.

Totul a început cu o prelegere publică despre telegrafia wireless, așa cum au numit radio la acea vreme, care a fost livrată de șeful postului de recepție radio Tver B. M. Leshchinsky. La paisprezece ani, Oleg Losev face alegerea finală: apelul său este inginerie radio.

Pentru Losev, o întâlnire accidentală rutieră cu cel mai mare specialist radio din acea vreme, profesorul V.K. Lebedinsky, s-a dovedit a fi un mare noroc de viață. În trăsura unui tren de navetă, un om de știință venerabil și un tânăr entuziast s-au întâlnit și s-au împrietenit pentru totdeauna. Oleg a vizitat adesea stația de radio Tver de relații internaționale, unde Lebedinsky provine din Moscova pentru sfaturi științifice.

Există un război mondial - stația este implicată în interceptarea comunicațiilor radio ale inamicului. Elevul lui V.K. Lebedinsky, locotenentul M. A. Bonch-Bruezich, un pasionat propagandist al afacerilor radio, păzește în orice mod posibil tânărul amator de radio. În laboratorul de origine din Oleg, munca este în plină desfășurare: se testează coherrerile, se fac detectoare de cristal.

Anul revoluționar din 1917 a venit. În acest moment, Losev termină liceul. Visează să devină inginer radio. Dar pentru aceasta este necesar să obțineți o educație specială, iar acesta depune documente la Institutul de Comunicații din Moscova.

În 1918, un grup de inițiativă condus de Bonch-Bruezich s-a mutat la Nizhny Novgorod, unde a fost creat primul institut de cercetare în domeniul ingineriei radio din Rusia sovietică, Laboratorul de radio Nizhny Novgorod (NRL). V. K. Lebedinsky devine președinte al Consiliului LNR și redactor al primei reviste științifice naționale de radio „Telegrafia și telefonia fără fir” („TiTbp”). NRL a jucat un rol major în dezvoltarea tehnologiei radio interne.

Losev a studiat la Institutul de Comunicații doar o lună și s-a regăsit curând la Nizhny Novgorod - în cercul profesorilor și patronilor săi. Desigur, nu a fost lipsit de agitație activă a lui V.K. Lebedinsky. Un profesor dezinteresat și atent a preluat responsabilitatea educației unui tânăr. Losev s-a alăturat activităților de cercetare ale laboratoarelor implicate în dezvoltarea celor mai noi echipamente radio din acel moment.

Pasiunea pentru telegrafia wireless în acei ani a măturat întreaga lume. Un tub de sticlă cu filaj de fier, un coherrer, a intrat deja în istorie, iar detectorul de cristal stăpânit de mult a încetat să satisfacă cerințele crescânde ale operatorilor de radio. Era apropiată de lampa electronică. Cu toate acestea, au fost extrem de puține dintre ele, de fapt, singurul tip de tub radio R-5 și chiar asta a rămas limita viselor tuturor obsedaților cu tehnologia radio. Prin urmare, sarcina urgentă a acelor ani a fost îmbunătățirea detectorului de cristale. Aceste dispozitive funcționau foarte instabil.

Losev verifică curățenia suprafeței și structura externă a cristalelor, în diferite moduri, studiază caracteristicile tensiunii curente ale detectoarelor și evaluează factorii care îi influențează.

Tânărul cercetător nu părăsește zile de zile laboratorul de la Nizhny Novgorod: în timpul zilei efectuează experimente, noaptea își ia „locul” la etajul al treilea, înainte de a merge la mansardă, unde se află patul său, iar haina îi servește ca pătură. Acesta a fost „confortul” de la începutul anilor ’20.

Studiind caracteristicile tensiunii curente ale detectoarelor, Losev a observat că unele probe au o curbă destul de ciudată, inclusiv secțiunea incidentă. Ei detectează la fel de instabil, dar ceva îi spune lui Oleg că este pe cale de soluție. La sfârșitul anului 1921, în timpul unei vacanțe scurte la Tver, Losev și-a continuat experimentele în laboratorul său tineresc. Din nou ia zincit și cărbune din vechea lampă, începe să testeze detectorul. Ce este asta În căști, unele posturi îndepărtate transmit cod Morse curat și tare. Acest lucru nu s-a întâmplat până acum ... Deci - recepția nu este detector!

Acesta a fost primul dispozitiv heterodin bazat pe un dispozitiv semiconductor. Efectul rezultat este în esență un prototip al efectului tranzistorului. Losev a fost capabil să identifice o secțiune de cădere scurtă a caracteristicii care poate duce la autoexcitarea circuitului oscilator. Deci, la 13 ianuarie 1922, un cercetător în vârstă de 19 ani a făcut o descoperire extraordinară. Vor înțelege și o vor descrie teoretic mult mai târziu, dar deocamdată - rezultatul practic: operatorii de radio din întreaga lume obțin un simplu receptor de detector care nu funcționează mai rău decât un oscilator local cu tub scump, fără baterii voluminoase, fără tuburi electronice rare și configurare complicată.

Losev a încercat o mulțime de materiale ca un cristal de lucru. Cel mai bun s-a dovedit a fi zincit înnobilat obținut prin fuziune într-un arc electric din cristale naturale de zincită sau oxid pur de zinc. Un ac de oțel servea ca păr de contact.

Descrierea unui receptor semiconductor cu un cristal generator a apărut pe tipar - acesta a fost ultimul cuvânt în inginerie radio. Curând, Oleg a dezvoltat o serie de circuite radio cu cristale și a scris o broșură pentru radioamatori cu caracteristici detaliate ale receptorilor și recomandări pentru fabricarea cristalelor.

Imediat după prima publicație, descoperirea lui Losev a atras atenția experților străini. Revista americană de știri Radio a exclamat: „Tânărul inventator rus O. V. Losev și-a transferat invenția în lume, fără să primească un brevet! Una dintre revistele franceze a scris mai cu tact: "... Losev și-a anunțat descoperirea, gândindu-se în primul rând la prietenii săi - amatori de radio din întreaga lume." Receptorul lui Losev a fost numit „Kristadin”, ceea ce însemna un oscilator local de cristal. Kristadin a primit semnale slabe de la stațiile de transmisie la distanță, a crescut selectivitatea recepției și a slăbit nivelul de interferență.

Un val de radio amator a cuprins tinerii din țară, iar „Febra Cristina Dyna” a început. Zincitul a fost greu de obținut, au încercat ce a venit la mână - orice cristal. Cercetările în masă au adus o altă descoperire - galena (strălucirea plumbului artificial), a funcționat bine și au existat multe. Ulterior, oamenii de știință vor argumenta: de ce, în anii 20, tranzistorul nu era deschis? De ce l-a părăsit brusc cercetătorul supradotat, care nu a epuizat toate posibilitățile descoperirii sale? Ce ne-a determinat să transformăm lucrarea într-o direcție diferită? Răspunsul este ...

În 1923, în timp ce experimenta un contact de detectare bazat pe o pereche de sârmă carborundum - oțel, Oleg Losev a descoperit o strălucire slabă la joncțiunea a două materiale diferite. Anterior, el nu a observat un astfel de fenomen, dar înainte de asta au fost folosite alte materiale. Carborundum (carbură de siliciu) a fost testat pentru prima dată. Losev a repetat experimentul - și s-a luminat din nou un cristal translucid sub un vârf subțire de oțel. Așadar, cu puțin peste 60 de ani în urmă, s-a făcut una dintre cele mai promițătoare descoperiri ale electronicii - electroluminescența unei joncțiuni semiconductoare. Losev a descoperit fenomenul din întâmplare sau există premise științifice, acum este dificil de judecat.Într-un fel sau altul, dar un tânăr cercetător talentat nu a trecut de un fenomen neobișnuit, nu l-a clasificat ca zgomot întâmplător, dimpotrivă, a acordat o atenție deosebită și a ghicit că se bazează pe un principiu încă necunoscut fizicii experimentale.

Luminescența a fost studiată în mod repetat pe diverse materiale, în diferite condiții de temperatură și condiții electrice, a fost examinată la microscop. Losev a devenit din ce în ce mai evident că avea de-a face cu o descoperire. „Este mai probabil să apară aici o descărcare electronică complet particulară, care, după cum arată experiența, nu are electrozi strălucitori”, scrie într-un alt articol. Așadar, noutatea, necunoscuta științei strălucirii deschise pentru Losev este de necontestat, dar nu există o înțelegere a esenței fizice a fenomenului.

Au fost formulate mai multe versiuni cu privire la cauzele fizice ale strălucirii deschise. El îl exprimă pe unul dintre aceștia în același articol: „Cel mai probabil, cristalul strălucește din bombardarea electronică în mod similar cu strălucirea diferitelor minerale din tuburile de fructe”. Ulterior, verificând această explicație, Losev plasează diverse cristale într-un tub catod-luminiscent și, atunci când este iradiat, compară spectrele și intensitatea luminii emise cu caracteristici similare ale strălucirii detectorului. O similitudine semnificativă este găsită, dar întrebarea unei înțelegeri clare a fizicii fenomenului, potrivit lui Losev, rămâne deschisă.

Omul de știință își concentrează toate eforturile pe un studiu profund și detaliat al detectorului luminos de carborundum.

În numărul 5 al revistei TiTbp pentru 1927, apare un articol mare, „Luminous Carborundum Detector and Detection with Crystals”, în care experimentatorul scrie: „Se pot distinge două tipuri de luminiscență ... luminiscență! "Un punct albastru verzui, puțin luminos și o luminiscență II, când o suprafață semnificativă a cristalului fluoresce luminos." Doar câteva decenii mai târziu, se dovedește că, ca urmare a introducerii aleatorii de atomi ai altor elemente în zăbrele de cristal de carborundum, s-au creat centre active în care s-a produs o recombinare intensă a purtătorilor actuali, ca urmare a faptului că a fost ejectată o cantitate de energie lumină.

Experimentând diferite tipuri de cristale și diferite fire de contact, O. V. Losev face două concluzii importante: strălucirea are loc fără căldură, adică este „rece”, inerția aspectului și degradării strălucirii este extrem de mică, adică este practic inerțială. Acum știm: aceste caracteristici ale strălucirii, remarcate de Losev în anii 20, sunt cele mai importante pentru zilele noastre LED-uri, indicatoare, optocuplere, emițătoare cu infraroșu.

Esența fizică a strălucirii este încă neclară, iar O. V. Losev caută persistent o explicație a fizicii fenomenului. Curând el face o observație importantă, mai aproape de a înțelege esența procesului: „La un microscop, puteți vedea clar că strălucirea are loc când firul de contact atinge margini ascuțite sau fracturi ale cristalului ...”, adică lumina este generată de defecte cristaline. Rapoartele tehnice pentru 1927, păstrate în arhivele LVN I. Lenin, confirmă cât de detaliat a fost realizat studiul detectorului de carborundum luminos. S-a studiat influența unui câmp magnetic puternic, a radiațiilor ultraviolete și a radiografiilor; comportamentul în diverse medii - ionizarea aerului din jurul strălucirii a fost testată și a fost studiată emisia termică a diferitelor minerale. Versiunile eronate dispar una după alta, iar pas cu pas se acumulează cunoștințe valoroase. Însuși Losev pregătește diverse varietăți de carborundum pentru experimente, montează instalații de testare, ferăstrău și ascutit metal, ia măsurători, continuă să lucreze jurnale - de la idee până la rezultatele finale.

Studiile lui Losez asupra electroluminescenței au primit răspuns larg și recunoaștere în străinătate.Lucrările sale au fost reeditate de reviste străine, iar descoperirea a primit numele oficial - „Losev’s Glow”. Atât în ​​străinătate, cât și am făcut încercări de a o folosi în practică. Losev însuși a primit un brevet pentru dispozitivul „releu de lumină”, dar slaba dezvoltare a teoriei statelor solide la acea vreme și absența aproape completă a tehnologiei cu semiconductor nu au permis omului de știință să găsească aplicații practice pentru lucrările de electroluminescență. În esență, s-au legat de problemele viitorului, iar rândul a venit la ei abia după 20-30 de ani.

Utilizarea practică a efectului strălucirii lui Losev a început la sfârșitul anilor cincizeci. Acest lucru a fost facilitat de dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare: diode, tranzistori, tiristoare. Nu numai elementele semiconductoare erau elemente de afișare a informațiilor - voluminoase și nesigure. Prin urmare, în toate țările dezvoltate din punct de vedere științific și tehnic, s-a realizat dezvoltarea intensivă a dispozitivelor cu emisie de lumină semiconductoare.

Primul dintre ele a început să fie disponibil în comerț cu LED-ul roșu cu fosfură-galiu. În urma lui a apărut o diodă de carbură de siliciu cu radiații galbene. În anii șaizeci, fizicieni și tehnologi au creat LED-uri verzi și portocalii. În cele din urmă, la începutul deceniului curent, pe antimonidă a fost obținut un LED albastru. În paralel, a existat o căutare de noi metode tehnologice, materiale semiconductoare și materiale plastice transparente. Ca urmare a lucrului intens, luminozitatea strălucirii dispozitivelor a fost semnificativ crescută, au fost dezvoltate diferite tipuri de indicatori alfanumerici digitali segmentați, indicatori de matrice și scări liniare. Dispozitive cu o culoare strălucitoare în schimbare, precum și diverse tipuri de emițători mnemonici cu LED care evidențiază o varietate de forme geometrice: un dreptunghi, un triunghi, un cerc, etc. Recent, a apărut o nouă clasă de dispozitive - module de ecrane plate cu stare solidă din care puteți asambla ecrane de mozaic și noul bord de generație.

Omul de știință este în fața contemporanilor săi. Meritul său nu se rezumă doar la descoperirea strălucirii detectorului, ci mai ales în faptul că, prin cercetările sale, a ridicat problema atât de accentuat încât continuarea lucrărilor în acest domeniu a devenit inevitabilă. Deci, intuiția și perseverența lui O. V. Losev se datorează apariției unei noi direcții a electronicii - optoelectronica cu semiconductor, care are un viitor mare.

Citește și:Utilizarea LED-urilor în circuitele electronice