Roziskrzona choinka

Święta Bożego Narodzenia. Roziskrzona choinka, ułożone pod nią prezenty, ciche melodie kolęd – przenoszą dorosłych w świat dzieciństwa, a dzieci wzbogacają w przeżycia, do których chętnie będą wracać we wspomnieniach.

Przy pięknie oświetlonej na przykład LED-ami (Light Emmiting Diodes) choince, można by także przywołać wspomnienia dotyczące historii tych coraz powszechniej stosowanych, źródeł światła.

W tym celu należy „sięgnąć pamięcią” do roku 1907, kiedy to brytyjski radio inżynier Henry Joseph Round opisał, jak sam stwierdził, zadziwiające zjawisko, które zaobserwował w złączu metal-półprzewodnik SiC .

Spostrzegł on, że kiedy do złącza metal – SiC przyłożył napięcie, to z tego złącza w zależności od wartości napięcia emitowane było światło o różnych barwach tj. żółtej, zielonej, pomarańczowej oraz niebieskiej.

Obecnie jesteśmy w stanie podać wiele znanych nam zastosowań LEDów, ale w roku 1907 nie dostrzeżono dla tego odkrycia jakichkolwiek zastosowań aplikacyjnych i potraktowano je, jako nieistotną ciekawostkę.

Dopiero w roku 1924 Rosjanin Oleg Vladimirovich Lossev przeprowadził badania parametrów fizycznych LEDa. Wykonana została wtedy pierwsza fotografia światła eitowanego ze złącza oraz przedstawione zostały w formie wykresu charakterystyki prądowo-napięciowej tego rodzaju diody. Lossew w swoich pracach, między innymi dowiódł, że przyczyną świecenia nie jest żarzenie się struktury, jak ma to miejsce w żarowych źródłach światła. Poprawnie założył też, że luminescencja diod z SiC jest zjawiskiem odwrotnym do einsteinowskiego efektu fotoelektrycznego. Dostrzegł też on, bardzo istotną właściwość LEDów tj. to, że mogą być one włączane i wyłączane praktycznie bez opóźnień. Jest to bardzo istotne z punktu widzenia zastosowania LEDów tam, gdzie np. chcemy szybko zmieniać ich barwy – czyli na przykład na naszej pięknej świątecznej choince. Za swoje badania nad LEDami, Lossew w roku 1938, otrzymał doktorat. Jednak nie potrafił on poprawnie wyjaśnić zachodzących w tych diodach zjawisk fizycznych.

Dopiero w roku 1951 Kurt Lehovec, wraz ze wspóracownikami, z Signal Corps Engineering Laboratories w New Jersey, USA wyjaśnił mechanizm emisji światła przez LEDa.

Śledząc dalej tę historię rozwoju LEDów można się dowiedzieć, że pierwszy dostępny handlowo LED pojawił się dopiero około 40 lat temu.

Jednak dopiera ostatnia dekada przyniosła przełomowy postęp w rozwoju tego rodzaju źródeł światła. Obserwacje elektroluminescencji były do początku lat pięćdziesiątych XX wieku ograniczone do przyrządów półprzewodnikowych wykonanych na bazie materiałowej SiC oraz półprzewodników z grup II-VI tablicy Mendelejewa. Postęp w rozwoju LEDów został zapoczątkowany poprzez zastąpienie SiC bardziej wydajnymi materiałami z III –V grupy tablicy Mendelejewa. Krokiem milowym było zastosowanie GaS przez Welkera w roku 1952. Jednak dopiero w 1955 roku Wolf z Signal Corps Engineering Laboratories, USA zademonstrował pierwszego pomarańczowego LEDa na bazie GaP. W latach 60 i 70 XX wieku wytwarzano na bazie GaPAs, GaP, GaPAs i GaP LEDy o emitujące promieniowanie o barwie czerwonej, żółtej, pomarańczowej i zielonej. Ciągle jednak nie potrafiono zbudować LEDa emitującego promieniowanie barwy niebieskiej. Dopiero w latach 90 XX wieku Shuji Nakamura z japońskiej firmy Nichia skonstruował na bazie GaInN niebieskiego LEDa, czym dosłownie zadziwił naukowców na całym świecie, ponieważ w latach 60 XX wieku autorytety naukowe stwierdziły, że ogólnie GaN nie nadaje się do zastosowań w LEDach. Obecnie produkowane LEDy o różnych barwach są wykonane ponadto z AlGaAs i AlGaInP.

Dużym wyzwaniem naukowych naszych czasów stało się wytworzenie białego LEDa, ale jako, że moim zdaniem na choince korzystniej prezentują się LEDy barwne, to tematu białych LEDów nie poruszam w tym opracowaniu.

Irena Fryc

zdjęcia: www.commons.wikimedia.org