LED發現百年歷史

許多人認為，半導體發光二極體(LED)是上世紀60年代美國科學家發現的。事實上，100多年前在馬可尼實驗室工作的亨利·朗德(Henry Round)已經注意到碳化硅二極體的「閃亮發光」，與此同時，奧列格.V.洛謝夫(O-leg V.Losev)，一位被大家遺忘的俄羅斯天纔則發現了這種發光的LED。

許多人認為，半導體發光二極體(LED)是上世紀60年代美國科學家發現的。事實上，100多年前在馬可尼實驗室工作的亨利·朗德(Henry Round)已經注意到碳化硅二極體的「閃亮發光」，與此同時，奧列格.V.洛謝夫(O-leg V.Losev)，一位被大家遺忘的俄羅斯天纔則發現了這種發光的LED。

半導體發光二極體(LED)是當今技術的一個關鍵組成部分。現代家庭擁有的具有LED的發光指示器，用於讀取電腦或遊戲機驅動器中的CD和DVD光碟，或者用於信號傳輸的電子設備，包括越來越多的汽車都配備有LED指示燈和剎車燈。

然而，基於LED的半導體激光器把光信號調節成通訊光纖，服務於不斷增長的寬頻通信和互聯網需求，在接下來的十年裡，新興的LED市場價值預計每年將超過150億美元。

然而，我們真的知道是誰發明了LED以及何時發明的？我們非常地清楚在第一個紅寶石激光器出現后不久，半導體激光器逐漸被揭開了面紗——其核心處有一個LED。1962年，美國四個研究小組同時發表了基於砷化鎵晶體功能的LED半導體激光器的論文，其中三篇發表在《應用物理快報》的同一卷中。

論文作者來自於通用電氣公司的羅伯特·霍爾(Robert Hall)和尼克·霍洛尼亞克(Nick Holonyak)，還有國際商用機器公司(IBM)的馬歇爾·內森( Marshall Nathan)、麻省理工學院的羅伯特·萊迪克爾(Robert Rediker)等。這些名字早已被納入到光電子學的名人堂中。

被遺忘的身影

事實證明，這個故事涉及到一位年輕而極有才華的科學家奧列格.V.洛謝夫(Oleg V，Losev)，他曾在幾個蘇聯無線電實驗室中任技師，1942年餓死於列寧格勒的封鎖期，年僅39歲。

洛謝夫沒有受過正規教育，但在他短暫的研究所涯中，他曾在俄羅斯、英國以及德國主流期刊上發表過43篇論文，有16項專利授予。特別在固態電子學中研究中，他做出過許多重大發現，包括第一個固態半導體放大器以及發生器。

《無線電世界和電台評論》雜誌在1924年寫道：「洛謝夫先生由於其發現而在一段比較短的時間裡獲得了全世界的讚譽」。

現在，洛謝夫對科學和工程的貢獻基本已被遺忘，儘管包括電氣與電子工程師協會(IEEE)成員埃貢·洛伯納(Egon Loebner)在內的一些科學家在其家鄉潛心研究洛謝夫的工作，但洛謝夫的非凡生活和科學成就是一個長期而細緻的研究課題，而這篇文章僅僅觸及他對於LED的發現。

上世紀20年代中期，洛謝夫觀察到當電流通過無線電接收器中的整流二極體（氧化鋅和碳化硅晶體）時，它們會發光。

洛謝夫的第一篇論文是關於碳化硅二極體的發光，題目為「發光的碳化硅探測器和探測晶體」，發表在1927年俄羅斯的《無線電報電話》雜誌上。隨後，陸續在英國和德國的重要期刊上發表了基本構成我們現在知道的LED發現的文章。

在他關於LED的第一篇文章中，洛謝夫建立了金屬絲和碳化硅晶體接觸點發光的電流閾值，並記錄了該光的光譜。在1924至1930年間發表的16篇論文中，他較為全面地概述了LED的研究和其應用。

在了解了「冷」（非熱）發射性質的基礎上，洛謝夫測定了電流的閾值，認識到LED發光與二極體的作用相連，並詳細測量了裝置的電流電壓特性。他還研究了發光對於溫度的依賴乃至液化空氣（在當時使用的主要為氮基混合氣體）的溫度，通過把交流電應用到觸點上產生的78.5千赫茲頻率來調節LED的發光。

最引人注目的是，作為一位沒有任何學歷的年輕技師，洛謝夫敏銳地意識到當代物理學的發展。他用愛因斯坦的量子理論來解釋LED的功能，並把整個發光過程稱為「逆光電效應」。

此外，他提出一個公式：用普朗克常數h聯繫落在二極體觸點上的電壓V、電子電荷e以及發光頻率v之間的關係，即v=eV/h。這個公式至今仍在沿用。

儘管當時半導體能帶理論尚未完全發展起來，但洛謝夫卻能把碳化硅效應聯繫到電子的德布羅意物質波衍射中去。根據著名俄羅斯物理學家亞伯蘭·約費(Abram Ioffe)的說法，當時洛謝夫曾寫信給愛因斯坦，請求其幫助他進一步發展該理論，但卻沒有收到愛因斯坦的任何答覆。

從未有過的革命

現在看來，洛謝夫1929年發表的關於對LED光譜測量，以及它們對電流依賴的詳細數據，是非常不可思議的。根據後來的研究，表明了狹窄的譜線是激光作用的證據：1962年激光對基於砷化鎵二極體作用的報告就被如此的譜線測量所支撐。

1929年洛謝夫也許沒有看到來自LED的相干激光輻射，但值得注意的是，上世紀90年代重新製造的第一個具有明顯特徵的藍色LED,其使用的是碳化硅。

洛謝夫是意識到LED用於電信通訊潛力的第一人。在他題為「光電繼電器」專利中的引言中，他寫道：「文章提出的發明運用碳化硅探測器發光的常見現象，主要是通過在光繼電器中使用這種探測器，目的是當光致發光觸點被用來作為直接連接調製電流電路的光源時，能夠用於快速的電報電話通信、圖像傳輸以及其他應用。」這項專利於1927年申請，1929年12月31日獲批。然而，這項專利不為人知，也沒有得到任何的慶祝，要知道這本應該是意義重大的光子通信革命的開始。

洛謝夫是一位孤獨的科學家，他沒有任何弟子，也沒有共同作者。在布爾什維克時期的俄羅斯，出生在一個貴族家庭並不是一個很好的起點。要知道，出自這樣一個金粉世家的人當時是沒有任何前途可言的。

這位靠自學成材的科學家學過一些大學課程，但從來也沒有正規的完成學業，洛謝夫最終於1938年被俄羅斯聖彼得堡的約費物理技術研究所授予了博士學位，儘管他並沒有發表正式的博士論文。

洛謝夫研究所涯中最鼎盛的幾年是在諾夫哥羅德無線電實驗室度過的。此後，他在列寧格勒經歷了多年煎熬，終於在列寧格勒醫學研究所找到了一個不起眼的技術員工作。

根據最近發現的洛謝夫自傳中的描述，一段時間內，他仍然在列寧格勒市繼續他的研究。他發現「利用半導體（類似於[真空]三極體），一個樹型終端系統可以被構造出來。」

然而在1941年11月，他沒有從被德軍圍困的列寧格勒把完成的（假定在重要硅設備上的）文章發給喀山市的《實驗和理論物理》編輯部。它是我們現在所知道的晶體管論文嗎？除非他的手稿被發現，否則我們永遠也不會知道文章的確切內容。

可悲的是，在二戰期間，他在列寧格勒市逝世了；更可悲的是，在當時戰亂時期，他的名字被人們置之腦後。在接下來的艱苦歲月中，沒有人宣傳他的知識，也沒人跟進他的發現去揭示其中的潛力。由於時代所限，把洛謝夫稱為二十世紀物理學和工程學的巨人之一可以說是當之無愧的。

固態光電百年

如果不提及另外一位奇才，這個故事還不完整。他就是古列爾莫·馬可尼的助手之一，后成為馬可尼研究所所長的亨利·朗德。1907年2月，朗德在《電力世界》雜誌上發表了一篇研究紀要，其中報告了來自於碳化硅二極體的」閃亮發光」。

由於該工作沒有後續的報道，洛謝夫顯然並不知曉。正如埃貢·勒伯納(Egone Loebner)所建議的那樣，認為朗德發明了LED是不合適的，他應該被認為是電致發光現象的發現者。

無論如何，這兩位科學家——洛謝夫和朗德——的名字，應當被安放在現代技術前沿歷史中當之無愧的位置上。