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La historia de los LED: el brillo de Losev
El nombre de Oleg Vladimirovich Losev hoy es conocido solo por un estrecho círculo de especialistas. Qué pena: su contribución a la ciencia, al desarrollo de la ingeniería de radio es tal que le da derecho a este científico ascético a la memoria agradecida de sus descendientes.
Alumno del quinto grado de la escuela real del prerrevolucionario Tver Oleg Losev rebuscó en silencio esa noche en su laboratorio de radio medio secreto en casa, que equipó con el dinero ahorrado de los desayunos escolares e hizo otro chirrido eléctrico. Y nadie podría haber pensado que en un chico modesto y educado que se destacaba entre los compañeros de clase con un profundo conocimiento de la física, un amor por la experimentación, se forma la personalidad de un investigador resuelto.
Todo comenzó con una conferencia pública sobre telegrafía inalámbrica, como llamaron a la radio en ese momento, que fue entregada por el jefe de la estación receptora de radio Tver B. M. Leshchinsky. A los catorce años, Oleg Losev toma la decisión final: su vocación es la ingeniería de radio.
Para Losev, una reunión accidental en la carretera con el mayor especialista en radio de la época, el profesor V.K. Lebedinsky, resultó ser un gran éxito para toda la vida. En el vagón de un tren de cercanías, un venerable científico y un joven entusiasta se encontraron y se hicieron amigos para siempre. Oleg a menudo visitaba la estación de radio Tver de relaciones internacionales, donde Lebedinsky viene de Moscú para recibir asesoramiento científico.
Hay una guerra mundial: la estación se dedica a interceptar las comunicaciones de radio del enemigo. El alumno de V.K. Lebedinsky, teniente M.A. Bonch-Bruezich, un apasionado propagandista del negocio de la radio, está protegiendo de todas las formas posibles al joven radioaficionado. En el laboratorio en casa de Oleg, el trabajo está en pleno apogeo: se están probando coherrers, se están haciendo detectores de cristal.
Llegó el año revolucionario de 1917. Losev en este momento está terminando la escuela secundaria. Sueña con convertirse en ingeniero de radio. Pero para esto es necesario obtener una educación especial, y él presenta documentos al Instituto de Comunicaciones de Moscú.
En 1918, un grupo de iniciativa dirigido por Bonch-Bruezich se mudó a Nizhny Novgorod, donde se creó el primer instituto de investigación de ingeniería de radio en la Rusia soviética, el Laboratorio de Radio Nizhny Novgorod (NRL). V.K. Lebedinsky se convierte en presidente del Consejo NRL y editor de la primera revista científica nacional de radio "Telegrafía y telefonía inalámbrica" ("TiTbp"). NRL desempeñó un papel importante en el desarrollo de la tecnología de radio doméstica.
Losev estudió en el Instituto de Comunicaciones durante solo un mes y pronto se encontró en Nizhny Novgorod, en el círculo de sus maestros y mecenas. Por supuesto, no fue sin agitación activa por V.K. Lebedinsky. Un maestro desinteresado y atento asumió la responsabilidad de la educación de un joven. Losev se unió a las actividades de investigación de los laboratorios dedicados al desarrollo de los últimos equipos de radio en ese momento.
La pasión por la telegrafía inalámbrica en esos años se extendió por todo el mundo. Un tubo de vidrio con limaduras de hierro, un coherrer, ya ha retrocedido a la historia, y el detector de cristal de largo dominio ha dejado de satisfacer las crecientes demandas de los operadores de radio. La era de la lámpara electrónica se acercaba. Sin embargo, había muy pocos de ellos, de hecho, el único tipo de tubo de radio R-5, e incluso ese seguía siendo el límite de los sueños de todos los obsesionados con la tecnología de radio. Por lo tanto, la tarea urgente de esos años fue la mejora del detector de cristales. Estos dispositivos funcionaron muy inestables.
Losev verifica la limpieza de la superficie y la estructura externa de los cristales, en varios modos, estudia las características de voltaje de corriente de los detectores y evalúa los factores que influyen en ellos.
El joven investigador no deja el laboratorio de Nizhny Novgorod durante días: durante el día que realiza experimentos, por la noche toma su "lugar" en el tercer piso, antes de ir al ático, donde está su cama, y su abrigo sirve como una manta. Esa fue la "comodidad" de principios de la década de 1920.
Al estudiar las características de corriente y voltaje de los detectores, Losev notó que algunas muestras tienen una curva bastante extraña, incluida la sección del incidente. Detectan igual de inestables, pero algo le dice a Oleg que está en camino a una solución. A finales de 1921, durante unas cortas vacaciones en Tver, Losev continuó sus experimentos en su laboratorio juvenil. Nuevamente toma zincita y carbón de la vieja lámpara, comienza a probar el detector. Que es esto En los auriculares, alguna estación distante está transmitiendo el código Morse de forma limpia y fuerte. Esto no ha sucedido antes ... Entonces, ¡la recepción no es un detector!
Este fue el primer dispositivo heterodino basado en un dispositivo semiconductor. El efecto resultante es esencialmente un prototipo del efecto transistor. Losev pudo identificar una sección de caída corta de la característica que puede conducir a la autoexcitación del circuito oscilatorio. Entonces, el 13 de enero de 1922, un investigador de 19 años hizo un descubrimiento excepcional. Lo entenderán y teóricamente lo describirán mucho más tarde, pero por ahora, el resultado práctico: los operadores de radio de todo el mundo obtienen un receptor detector simple que no funciona peor que un oscilador local de tubo costoso, sin baterías voluminosas, sin tubos electrónicos escasos y configuración complicada.
Losev probó muchos materiales como cristal de trabajo. Lo mejor fue la zincita refinada obtenida por fusión en un arco eléctrico de cristales de zincita natural u óxido de zinc puro. Una aguja de acero sirvió como cabello de contacto.
La descripción de un receptor de semiconductores con un cristal generador apareció impresa: esta fue la última palabra en ingeniería de radio. Pronto, Oleg desarrolló varios circuitos de radio con cristales y escribió un folleto para radioaficionados con características detalladas de los receptores y recomendaciones para la fabricación de cristales.
Inmediatamente después de la primera publicación, el descubrimiento de Losev atrajo la atención de expertos extranjeros. La revista American Radio News exclamó: "¡El joven inventor ruso O. V. Losev transfirió su invento al mundo sin obtener una patente!" Una de las revistas francesas escribió con más tacto: "... Losev anunció su descubrimiento, pensando principalmente en sus amigos: radioaficionados de todo el mundo". El receptor de Losev se llamaba "Kristadin", lo que significaba un oscilador local de cristal. Kristadin recibió señales débiles de estaciones de transmisión distantes, aumentó la selectividad de recepción y debilitó el nivel de interferencia.
Una ola de radioaficionados envolvió a los jóvenes del país, y comenzó la "fiebre Cristina Dyna". Era difícil conseguir zinc, intentaron lo que se les ocurrió: cualquier cristal. La investigación masiva trajo otro hallazgo: la galena (brillo de plomo artificial), funcionó bien y había mucho. Más tarde, los científicos discutirán: ¿por qué, en los años 20, el transistor no estaba abierto? ¿Por qué el talentoso investigador, al no haber agotado todas las posibilidades de su descubrimiento, lo dejó de repente? ¿Qué nos hizo cambiar el trabajo en una dirección diferente? La respuesta es ...
En 1923, experimentando con un contacto de detección basado en un par de alambre de acero y carborundo, Oleg Losev descubrió un tenue resplandor en la unión de dos materiales diferentes. Anteriormente, no observó ese fenómeno, pero antes de eso, se utilizaron otros materiales. El carborundo (carburo de silicio) se probó por primera vez. Losev repitió el experimento, y nuevamente se iluminó un cristal translúcido bajo una delgada punta de acero. Entonces, hace poco más de 60 años, se hizo uno de los descubrimientos más prometedores de la electrónica: electroluminiscencia de una unión de semiconductores. Losev descubrió el fenómeno por casualidad o había requisitos científicos previos, ahora es difícil de juzgar.De una forma u otra, pero un joven investigador talentoso no pasó por alto un fenómeno inusual, no lo clasificó como interferencia aleatoria, por el contrario, prestó mucha atención y supuso que se basaba en un principio aún desconocido para la física experimental.
La luminiscencia se estudió repetidamente en diversos materiales, en diferentes condiciones de temperatura y condiciones eléctricas, se examinó bajo un microscopio. Losev se hizo cada vez más evidente que estaba tratando con un descubrimiento. "Es más probable que ocurra aquí una descarga electrónica completamente peculiar que, como lo demuestra la experiencia, no tiene electrodos brillantes", escribe en otro artículo. Entonces, la novedad, lo desconocido para la ciencia del resplandor abierto para Losev es innegable, pero no se comprende la esencia física del fenómeno.
Se formularon varias versiones con respecto a las causas físicas del resplandor abierto. Expresa uno de ellos en el mismo artículo: "Lo más probable es que el cristal brille del bombardeo electrónico de manera similar al resplandor de varios minerales en los tubos de fruta". Más tarde, comprobando esta explicación, Losev coloca varios cristales en un tubo catódico-luminiscente y, cuando se irradia, compara los espectros y la intensidad de la luz emitida con características similares del brillo del detector. Se encuentra una similitud significativa, pero la cuestión de una comprensión clara de la física del fenómeno, según Losev, permanece abierta.
El científico enfoca todos sus esfuerzos en un estudio profundo y detallado del detector luminoso de carborundo.
En el n. ° 5 de la revista TiTbp de 1927, aparece un gran artículo, "Detector luminoso de carborundo y detección con cristales", en el que el experimentador escribe: "Se pueden distinguir dos tipos de luminiscencia ... ¡luminiscencia! "Un pequeño punto azul verdoso y brillante y una luminiscencia II, cuando una superficie significativa del cristal brilla intensamente". Solo unas pocas décadas después, resulta que en la red cristalina del carborundo como resultado de la introducción aleatoria de átomos de otros elementos, se crearon centros activos en los que se produjo una recombinación intensa de los portadores actuales, como resultado de lo cual se expulsaron los cuantos de energía de la luz hacia afuera.
Experimentando con diferentes tipos de cristales y diferentes cables de contacto, O.V.Losev saca dos conclusiones importantes: el resplandor ocurre sin calor, es decir, es "frío", la inercia de la apariencia y la descomposición del resplandor es extremadamente pequeña, es decir, es prácticamente inercial. Ahora sabemos: estas características del brillo, señaladas por Losev en los años 20, son las más importantes para la actualidad. LED, indicadores, optoacopladores, emisores de infrarrojos.
La esencia física del resplandor aún no está clara, y O. V. Losev persistentemente busca una explicación de la física del fenómeno. Pronto hace una observación importante, más cerca de comprender la esencia del proceso: "Bajo un microscopio, se puede ver claramente que el brillo se produce cuando el cable de contacto toca los bordes afilados o las fracturas del cristal ...", es decir, la luz se genera en defectos cristalinos. Los informes técnicos de 1927, almacenados en los archivos del V. I. Lenin NRL, confirman cuán exhaustivamente se realizó el estudio del detector luminoso de carborundo. Se estudió la influencia de un campo magnético fuerte, radiación ultravioleta y rayos X; comportamiento en varios medios: se probó la ionización del aire que rodea el resplandor y se estudió la emisión térmica de varios minerales. Las versiones erróneas desaparecen una tras otra, y paso a paso se produce la acumulación de valiosos conocimientos. El propio Losev prepara diversas variedades de carborundo para experimentos, monta instalaciones de prueba, sierras y afiladores de metal, toma medidas, mantiene diarios de trabajo, todo por sí mismo, desde la idea hasta los resultados finales.
Los estudios de Losez sobre electroluminiscencia han recibido amplia respuesta y reconocimiento en el extranjero.Sus trabajos fueron reimpresos por revistas extranjeras, y el descubrimiento recibió el nombre oficial: "Losev's Glow". Tanto en el extranjero como en nuestros intentos de usarlo en la práctica. El propio Losev recibió una patente para el dispositivo de "relé de luz", pero el pobre desarrollo de la teoría del estado sólido en ese momento y la ausencia casi completa de tecnología de semiconductores no permitieron al científico encontrar aplicaciones prácticas para el trabajo de electroluminiscencia. En esencia, se relacionaron con los problemas del futuro, y el cambio llegó a ellos solo después de 20-30 años.
El uso práctico del efecto del resplandor de Losev comenzó a finales de los años cincuenta. Esto fue facilitado por el desarrollo de dispositivos semiconductores: diodos, transistores, tiristores. No solo los elementos semiconductores eran elementos de visualización de información: voluminosos y poco confiables. Por lo tanto, en todos los países desarrollados en términos científicos y técnicos, se llevó a cabo un desarrollo intensivo de dispositivos semiconductores emisores de luz.
El primero de ellos comenzó a ser un LED rojo de fosfuro-galio disponible comercialmente. Después de él apareció un diodo de carburo de silicio con radiación amarilla. En los años sesenta, los físicos y tecnólogos crearon LED verde y naranja. Finalmente, a principios de la década actual, se obtuvo un LED azul en el antimoniuro. Paralelamente, se buscaron nuevos métodos tecnológicos, materiales semiconductores y plásticos transparentes. Como resultado del trabajo intensivo, el brillo del brillo de los dispositivos aumentó significativamente, se desarrollaron varios tipos de indicadores alfanuméricos digitales segmentados, indicadores matriciales y escalas lineales. Dispositivos con un color de brillo cambiante, así como varios tipos de emisores mnemotécnicos LED que resaltan una variedad de formas geométricas: un rectángulo, triángulo, círculo, etc. Recientemente, ha surgido una nueva clase de dispositivos: módulos de pantallas planas de estado sólido desde las que puede ensamblar pantallas de mosaico y Tablero de nueva generación.
El científico está por delante de sus contemporáneos. Su mérito no es solo en el descubrimiento del brillo del detector, sino principalmente en el hecho de que con su investigación planteó el problema de manera tan aguda que la continuación del trabajo en esta área se hizo inevitable. Entonces, la intuición y la perseverancia de O. V. Losev se debe al surgimiento de una nueva dirección de la electrónica: la optoelectrónica de semiconductores, que tiene un gran futuro.
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