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揭秘Nobel物理奖蓝色LED的前世今生

放大字体  缩小字体 世科网   发布日期:2014-10-09  浏览次数:1178
核心提示:  北京时间10月8日,瑞典皇家科学院于7日揭晓了2014年诺贝尔物理学奖获得者,这一奖项被授予日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔
  北京时间10月8日,瑞典皇家科学院于7日揭晓了2014年诺贝尔物理学奖获得者,这一奖项被授予日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二,以表彰他们在20世纪90年代初发明了蓝色发光二极管。
  历史上“发明类”诺奖的获奖人数虽远小于“发现类”诺奖,但也并不鲜见,最近一次的发明类诺奖的获奖者是威拉德·博伊尔和乔治·史密斯,他们二人于2009年因“发明半导体成像器件电荷耦合器件”(CCD)而获诺贝尔物理学奖。
  与之前获得诺奖的高精尖发明相比,蓝色发光LED似乎并不起眼,LED灯在生活中几乎随处可见,而且价格低廉。但事实上,在蓝色发光二极管刚面世时,几乎震惊了整个科学界,当时有人甚至悲观的认为这种二极管要等到21世纪才能实现。
  与普通的发光材料不同,发光二极管的发光原理与白炽灯等有着本质的区别,首先,发光二极管只能够往一个方向导通(通电),其次,发光二极管只能发出一种颜色的光,而发光的颜色与采用半导体物料种类与故意掺入的元素杂质有关。
  发光二极管的两极由半导体材料组成,其中一种是P型半导体,另一种是N型半导体。P型半导体带有可以“填充”电子的“空穴”,N型半导体带有大量的自由电子。施加正向电压后,在两极交汇处(称PN结)附近,电子与空穴复合,产生自发辐射荧光。
  无论P型半导体还是N型半导体,其实都是在单晶硅上渗入少量杂质元素形成的,硅元素有四个电子可与其他元素形成四个共价键,比如N型半导体若掺入磷元素,磷的最外层有5个电子,在与硅形成共价键后多出一个自由电子。
  P型半导体则是在单晶硅中渗入硼等元素,硼最外层只有3个电子,与硅形成共价键后会产生一个“空穴”,通电后,PN区的电子和空穴复合,产生辐射,依据P\N半导体中渗入的元素不同,产生相应颜色的光辐射。
  最先被发明出来的发光二极管是红色发光二极管,一直到九十年代,红、绿发光二极管都已问世,而蓝色发光二极管成为横在科学家面前的难题,在这个领域的研发工作屡战屡败,以至于有人悲观的认为二十年内无法看到蓝色发光二极管。
  最终让这一切变成现实的是氮化镓,名古屋大学赤崎勇发光二极管领域的泰斗,天野浩是他的学生,有一次他们发现,用电子显微镜扫描时候,氮化镓晶体发光更强,从而知道电镜射出的电子流,可以激活氮化镓。进而可以制成蓝光LED。
  虽然赤崎勇和天野浩的工作成效卓然,但毕竟只是实验室的结果,离实用还有相当远的距离,而最终让蓝光LED走进千家万户的则是中村修二。
  科学界当时在研的蓝光材料有许多种,中村修二选择了最受冷落的氮化镓,然而氮化镓薄膜的制备非常困难,中村修二克服无数困难,甚至自学了焊接技术和配管技术,终于把氮化镓膜制备成功。
  此时美国的3M公司宣布研发成功蓝绿色的半导体激光器,中村顿时感觉坠入深渊,但后来得知这种激光器的寿命只有秒级。而他的发光二极管寿命已超过1000小时!在1993年10月,新的蓝色发光二极管亮度上升到最初的100倍。中村修二终于取得成功。
蓝色发光二极管发明之后,终于可以和红光LED、绿光LED组成三原色,可以进一步合成包括日光在内的其他各种颜色的光。 
 
  来源:凤凰科技
文章出自: 世科网
本文网址: http://www.cgets.net/news/show-9034.html

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