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2018年11月28日 来源:百道网
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【百道编按】在上海科技教育出版社推出的《点亮21世纪:天野浩的蓝光LED世界》一书中,诺贝尔奖得主、蓝光LED研发者天野浩为读者详细介绍了LED的发光原理、氮化镓晶体的制备及其在蓝光LED中的应用、蓝光LED在日常生活中的诸多应用及优势。同时也介绍了研究人员在这项工作中遇到的困难以及在研究过程中体现出的科学精神、科学思维。
《点亮21世纪——天野浩的蓝光LED世界》
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出版社:上海科技教育出版社
作者:天野浩,福田大展
出版时间:2018年11月
2018年11月,上海科技教育出版社推出《点亮21世纪:天野浩的蓝光LED世界》。
《点亮21世纪》其中一位作者天野浩因参与发明蓝色发光二极管(LED),为世界带来新型的节能光源,而获得2014年诺贝尔物理学奖。与他同时获得该殊荣的还有于日本出生的科学家赤崎勇与中村修二。当时,诺贝尔评选委员会对这项发明给予极高的评价:“白炽灯点亮了20世纪,21世纪将由LED灯点亮。”
人类社会发展到今日,已经离不开能源,而以氮化镓晶体为首的新型半导体材料就为我们的生活提供了一个新的能源选择。令人意外的是,其应用竟然深入我们的日常生活,那就是如今随处可见的LED。在《点亮21世纪》一书中,诺贝尔奖得主、蓝光LED研发者天野浩为我们详述了蓝光LED的前世今生。
20世纪,人类在照明方面使用的主要是白炽灯。这种19世纪末由爱迪生发明的照明工具,原理是将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源。可想而知,在白炽灯发光过程中,很大一部分能量都变成热能散发掉了,损耗十分严重。
1960年代美国科学家发明了红色LED。与白炽灯相比,LED发光所需电压低、电流小,发光效率也高出不少,成为新一代照明光源的研究热点。光的三原色是红、绿、蓝。也就是说,这三种颜色的光混合之后,才能产生白色光。红色LED被发明之后,为了让LED实现商用,发明绿色和蓝色LED就成为科学家研究的重点。1974年,绿色LED被开发出来。之后,科学家把蓝色LED的研究重点放在了碳化硅、硒化锌和氮化镓上。
当时很多人在氮化镓上尝试过以后失败了,把目光投向看似更有希望的另外两种材料上。但还有人没失去信心,那就是天野浩的老师赤崎勇教授。赤崎勇当时在企业中做研究,氮化镓已经不是蓝色LED研究的热点,很多人劝他不要再做这方面研究了,赤崎勇就把研究转到了名古屋大学。1982年,天野浩本科毕业后进入了赤崎勇工作室,开始接触蓝色LED研发工作。
在一个冷门的材料上投入,没有经费也不被看好,这条研究之在开始之初就注定崎岖,但天野浩却并不在意,而是一头扎进了艰苦的研究中。天野浩回忆,当时蓝色LED的研发有三点:一是不能形成高品质的氮化镓结晶,第二是不能做出氮化镓的P型结,第三是制造不出高照度的氮化镓铟晶体。
在硕士最后一年,天野浩在一次讨论中受到一位老师“先在蓝宝石衬底上制作低温缓冲层,然后在这制作氮化镓单晶”的方法。实验证明这种方法可以做成结晶程度很高的氮化镓结晶,这种优质氮化镓单晶的实现被视为蓝色LED发明的“突破性技术”之一。
此后,在天野浩博士期间,赤崎勇工作室又成功做出了P型结。在这些研究基础上,1993年,中村修二成功发明了高亮度蓝色LED,LED在照明和显示器上的应用成为可能。
天野浩在书中详细介绍了LED的发光原理、氮化镓晶体的制备及其在蓝光LED中的应用、蓝光LED在日常生活中的诸多应用及优势,同时也介绍了研究人员在这项工作中遇到的困难以及在研究过程中体现出的科学精神、科学思维。
本书作者天野浩1960年9月出生于日本静冈县,在名古屋大学获得本科、硕士和博士学位。自1982年作为一个本科学生加入赤崎勇教授研究室起,一直致力于III族氮化物半导体材料生长和器件制作研究。1989年首次实现了p型氮化镓并制作出首个GaN基pn结,为蓝光LED的实用化奠定了基础。
本书另一位作者是福田大展,1983年生于日本福井县,科学读物撰稿人、日本科学未来馆科学交流员。曾在日本东北大学金属材料研究所参与太阳能电池用优质硅晶体的研发。东北大学理学研究科研究生毕业,物理学硕士。后任中日新闻(东京新闻)记者,曾做过浜冈核电站及日本各地地震防灾问题的采访。
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