Zaloguj się
Wszystkie
23 marca 2023
773
Równo 30 lat temu dokonali tego jako pierwsi Japończycy, a twarzą tego wynalazku jest Profesor Shuji Nakamura. Trzy lata później, w roku 1996 Profesor Nakamura ogłosił też jako pierwszy na świecie opracowanie technologii wytwarzania laserów półprzewodnikowych promieniujących światło niebieskie. Obie technologie – diody LED na światło niebieskie i lasery niebieskie łączy ten sam podstawowy materiał do ich wytwarzania – azotek galu (GaN). Zgodność materiału i nazwiska wynalazcy sprawia, że te dwa wynalazki niekiedy nie są rozróżniane. Łączy je wspólne pojęcie – optoelektronika niebieska, ale dzieli zarówno zasada fizyczna pracy jak i kierunek zastosowań.
Wybór materiału wynika stąd, że GaN jest półprzewodnikiem o szerokości przerwy energetycznej 3,4 eV, a tej wartości odpowiada energia kwantu światła (fotonu) o długości fali promieniowania o barwie niebieskiej. Zatem w efekcie „spadku” elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, tracona przez elektron energia 3,4 eV zamienia się w foton światła niebieskiego. Dioda LED jest to złącze p-n pracujące w kierunku przewodzenia, zatem promieniowanie światła następuje w wyniku dyfuzyjnego przepływu elektronów z warstwy n do warstwy p ponad barierą potencjału obniżoną przez przyłożone napięcie i następującej rekombinacji tych elektronów z dziurami w warstwie p. Fotony powstające w wyniku tego zjawiska, nazywanego elektroluminescencją, nie mają idealnie tej samej energii, a więc promienie tego światła nie mają idealnie tej samej długości fali. W przypadku lasera półprzewodnikowego promieniowanie następuje w procesie spontanicznej emisji fotonów powstających w wyniku utraty energii przez elektrony „spadające” z poziomu wzbudzenia do poziomu podstawowego. Powstające w ten sposób fotony mają idealnie tę samą energię tworząc promienie światła spójnego.
Nieporozumienie powstaje już w określeniu zarówno diody LED jak i lasera półprzewodnikowego źródłami światła monochromatycznego. Tylko bardzo łagodna definicja monochromatyczności (jednobarwności) pozwala objąć tym określeniem diody LED, ale na pewno dioda LED nie daje promieniowania koherentnego (spójnego), a więc promieniuje we wszystkich kierunkach, podczas gdy wiązka światła spójnego z lasera półprzewodnikowego jest skupiona i osiąga wielokrotnie większe natężenie światła.
Zatem z tego samego materiału GaN uzyskuje się zarówno niebieskie diody LED, jak i niebieskie lasery, ale są to przyrządy półprzewodnikowe działający na całkowicie różnych zasadach i dające promieniowanie niebieskie o całkowicie różnych właściwościach. Różne są też obszary ich zastosowań. Niebieska dioda LED, poprzez zmieszanie światła niebieskiego ze światłem żółtym luminoforu bombardowanego przez fotony promieniowania niebieskiego, otworzyła drogę do produkcji diod LED na światło białe. Zatem niebieska dioda LED otworzyła drogę do obserwowanej w ostatnich latach rewolucji w technice oświetleniowej. A do czego był potrzebny niebieski laser? Do technologii Blue-ray, tj. do czytników płyt DVD o ekstremalnie dużej pojemności. Promienie niebieskie, ze względu na ich małą długość fali pozwalają gęściej upakować ścieżki zapisu informacji na płycie DVD. Znaczenie tej technologii okazało się dość krótkotrwałe. Płyty DVD przechodzą do historii, zastąpione przez technologię streamingową. Nieograniczone zasoby gigabajtów i terabajtów mamy dostępne „w chmurze”. Zatem wynalazek niebieskiej diody LED odegrał zdecydowanie większą rolę. Za ten wynalazek Shuji Nakamura wraz z Hiroshi Amano i Isamu Akasaki otrzymali w 2014 roku nagrodę Nobla. Dali oni światu „więcej światła” za wielokrotnie niższą cenę strat energii, wpisując się w fundamentalny nurt walki o ratowanie planety od zagłady klimatycznej. Przyznaję się do plagiatu – tytuł „Więcej światła” nawiązuje do słów Johanna Wolfganga Goethe, którymi ponoć na łożu śmierci nawoływał do krzewienia idei epoki Oświecenia. Chociaż diody LED dały nam więcej taniego światła, to alegoryczne hasło Goethego ciągle pozostaje aktualne. Z przebiciem się jego wezwania jest wciąż problem większy niż z technologią LED.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
