С чего начиналось свечение светодиодов
Благодаря забытому ныне физику Олегу Лосеву у СССР был шанс создать полупроводниковые технологии намного раньше, чем США. В списке государств — лидеров в области полупроводниковых технологий Россия не значится. Между тем анализ истории науки однозначно свидетельствует в пользу того, что при более удачном стечении обстоятельств у Советского Союза были отличные шансы опередить остальной мир в этой технологической гонке.
Олег Владимирович Лосев обессмертил свое имя двумя открытиями: он первый в мире показал, что полупроводниковый кристалл может усиливать и генерировать высокочастотные радиосигналы; он открыл электролюминесценцию полупроводников, т.е. испускание ими света при протекании электрического тока.
О. В. Лосев родился 10 мая 1903 г. в Твери в семье конторского служащего. В раннем возрасте у него проявилась склонность к физике и технике.
В 1918 году страну захлестнула Гражданская война, но у новой власти хватило прозорливости и политической воли, чтобы ускорить развитие радиотехники: в подчинении Наркомата почт и телеграфов (предшественника Минсвязи) была создана Нижегородская радиолаборатория (НРЛ). Ее костяк составила тверская группа во главе с М. А. Бонч-Бруевичем.
После окончания школы в 1920г. в НРЛ пришел О.В. Лосев в отдел профессора Лебединского, занимающийся развитием радиосвязи, поиском новых принципов генерации и детектирования радиоволн. После выполнения обязательных по лаборатории работ Олег стал заниматься самостоятельным экспериментированием с кристаллическими детекторами. Как каждый радиолюбитель фактически проводил самостоятельное исследование, когда перемещал контактную иглу по поверхности кристалла, разыскивал точку, наиболее чувствительную для приема радиосигналов. Работая с разными кристаллами, Лосев обнаружил искомые активные точки, обеспечивающие генерацию высокочастотных сигналов. Особенно эффективной оказалась пара «цинкит – угольное острие», которая при напряжениях менее 10 В позволяла получать радиосигналы с длиной волны вплоть до 68 м. оказалось, что сбивая генерацию, можно было реализовать и усилительный режим. Это был первый гетеродинный прием на основе полупроводникового прибора. Полученный эффект, по существу, являйся прообразом транзисторного эффекта. Лосеву удалось выявить короткий падающий участок характеристики, способный приводить к самовозбуждению колебательный контур. Так, 13 января 1922 года 19-летний исследователь сделал выдающееся открытие. Поймут и теоретически опишут его много позже, а пока — практический результат: радисты всего мира получают в руки простой детекторный приемник, работающий не хуже дорогого лампового гетеродина, при том без громоздких батарей питания, без дефицитнейших электронных ламп и сложной наладки.
В 1923 году, экспериментируя с детектирующим контактом на основе пары «карборунд — стальная проволока», Олег Лосев обнаружил на стыке двух разнородных материалов слабое свечение.
Раньше такого явления он не наблюдал, но прежде и использовались другие материалы. Карборунд (карбид кремния) был испробован впервые. Лосев повторил опыт — и снова полупрозрачный кристалл под тонким стальным острием засветился.
Так, 100 лет назад было сделано одно из перспективнейших открытий электроники — электролюминесценция полупроводникового перехода.
Свечение многократно изучалось на различных материалах, в разных температурных условиях и электрических режимах, рассматривалось под микроскопом. Лосеву становилось все более очевидным, что он имеет дело с открытием.
«Вероятнее, что здесь происходит совершенно своеобразный электронный разряд, не имеющий, как показывает опыт, накаленных электродов», пишет он в очередной статье. Итак, новизна, неизвестность науке открытого свечения для Лосева бесспорна, но понимания физической сущности явления еще нет.
Формулировалось несколько версий по поводу физических причин открытого свечения. Одну из них он высказывает в той же статье: «Вероятнее всего, кристалл светится от электронной бомбардировки аналогично свечению различных минералов в круксовых трубках».
Позже, проверяя это объяснение, Лосев помещает различные кристаллы в катодо-люминесцентную трубку и при облучении их сравнивает спектры и силу излучаемого света с аналогичными характеристиками детекторного свечения. Обнаруживается значительное сходство, но вопрос о четком понимании физики явления, по словам Лосева, остается открытым.
Только через несколько десятилетий выяснится, что в кристаллической решетке карборунда в результате случайного внедрения атомов других элементов создавались активные центры, в которых происходила интенсивная рекомбинация носителей тока, вследствие чего наружу выбрасывались кванты световой энергии.
Экспериментируя с различными сортами кристаллов и разными контактными проволоками, О. В. Лосев делает два важнейших вывода: свечение происходит без выделения тепла, то есть является «холодным», инерция возникновения и потухания свечения чрезвычайно мала, то есть оно практически безынерционно.
Теперь мы знаем: эти характеристики свечения, отмеченные Лосевым в 20-е годы, являются важнейшими для сегодняшних светодиодов, индикаторов, оптронов, излучателей инфракрасного света.