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點亮未來世界 發光二極管為何能得諾貝爾獎

尋求夜的光明

亙古不變的是自然的星光。但是以前只有滿月才能將大地照亮,文明與否的區別就在于我們能否用自己的科技為黑夜帶來明光。一開始我們只能靠燃燒油脂,西方的國家捕鯨很多,用鯨魚的魚油制作蠟燭,我國則是蜂蠟或是動物白蠟。知道后來石油工業發達了,才改用的便宜的飽和長鏈烴做蠟燭。


明年初有望看到《電流大戰》這部電影,講訴愛迪生的直流電VS特斯拉的交流電

這種燃燒的方式顯然安全性不高。所以愛迪生發明電燈的故事家喻戶曉。在今年底,“卷福”本迪克特·康伯巴奇扮演的愛迪生將搬上大熒幕,我們有望看到。愛迪生發明以及后面改良的白熾燈,雖然帶來了光明,但是它們的特點是發光的效率并不高。

 

LED讓今天的臺燈設計更有藝術性(松下產品)

今天我們的光源正在從白熾燈、熒光燈向發光二極管(LED)轉變。但是很多人不知道的是為了尋找藍色發光二極管,人類的科學家用了整整30年!如此艱難才找到了藍色的、具有工業量產意義的LED制作辦法,終于湊足了三原色,可以實現白光了!LED的照明注定屬于我們現在生活的世紀,這層意義上來說,授予諾貝爾獎并不過分。

二極管與發光二極管

之前筆者在講英特爾歷史的時候說過,在上世紀五十年代,也就是二極管、三極管走出實驗室的年代,其實有很多企業都在從事這方面的研究,這其中就包括德州儀器,今天德州儀器更知名的是DLP這種投影技術。


最早的LED,不過當時發的是紅外光,不是可見光

在1957年6月3日,JamesR.Biard從德州農業機械大學獲得博士學位畢業后的第三天,他加入了德州儀器公司從事研發工作,一開始是與沃爾特一起從事第一個低漂移直流晶體管功放電路。到了1959年,Biard與GaryPittman一起合作進行德州儀器的半導體研究。他們最開始研究的是砷化鎵(GaAs)變容半導體在X射線頻段接收器上的應用。到了1961年九月,他們共同發現了在正向偏置隧道二極管的半絕緣基板上出現的紅外輻射,于是使用了一臺從日本購買的紅外轉換顯微鏡,測量了當時所有德州儀器生產的砷化鎵變容二極管以及隧道二極管。

 

美國專利3293513

到了1961年的10月,Biard和Pittman演示了高效率的使用砷化鎵p-n結發射器發射以及信號耦合以及電隔離半導體光電探測器。1962年8月8日,Biard以及Pittman申請了描述具有間隔的陰極接觸的鋅擴散的p-n結LED,這種LED在正向偏壓下有效發射紅外光。美國國家專利局認為此專利申請及研究要早于IBM、RCA、MIT林肯實驗室、GE實驗室、貝爾實驗室,授予美國專利號3293513,這是史上最早的LED的專利。

諾貝爾獎公平嗎?

在2014年諾貝爾獎宣布的時候,有很多人非常不平,因為這個頒發給LED的諾貝爾獎,跳過了最早發現的紅色、綠色LED,直接給了藍色,公開表達不滿的就包括尼克·何倫亞克,他第一個發明了可見光發光二極管。


何倫亞克的激光二極管是今天非常多的產品的基礎

尼克·何倫亞克本人持有40多項專利,其中為人熟知的還有著名的半導體紅色激光發射裝置的專利,這個專利是后來CD唱盤機、蜂窩電話的基礎。為何何倫亞克這么牛呢?我們說Biard他們是最早的LED專利,但是當時發生出來的是紅外線,而何倫亞克的專利發射出來的是可見紅光!這個發現發表于1962年,當時他在GE(通用電氣)的研究機構工作,具體的原理比較復雜,名字叫做III-V合金半導體。這個紅色發光半導體開啟了一扇大門,半導體照明的大門。

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