LED之父去世,8年前颁给LED的诺奖却没有他

2022-09-25 18:31:33

LED之父去世,8年前颁给LED的诺奖却没有他

“颁给LED的诺奖却没颁给他,是一种不公。”

就在这几天,LED之父去世了,享年93岁。

Nick Holonyak,第一位可见光LED的发明者,掀起了人类自爱迪生发明电灯泡以来照明史的第二次革命。

——甚至可以说,没有他这份发明,就没有今天“遍地开花”的LED照明灯。

凭借这一发明,他斩获了无数奖项,老布什、小布什、日本天皇、普京都为他颁过奖,他的名字甚至被美国光学学会设立成奖项,颁给每年在半导体领域做出杰出贡献的人。

但遗憾的是,这里面唯独少了诺贝尔奖。

2014年,诺贝尔物理学奖宣布首次颁给LED领域,却只颁给了3位发明蓝光LED的科学家,没有他这个“奠基人”的名字。

但如今回过头看Nick Holonyak的经历,又会发现他的某些“不同寻常”之处。

例如他之所以走上科研道路,是因为吃不了“打工人”的苦:

在一次连续加班30个小时后他“彻底破防”,又回过头继续进修学业,并一路获得了学士、硕士和博士学位,在贝尔实验室、美国陆军通信队和通用电气工作过,最后回到母校任教整整50年。

他还曾经在一次采访中调侃:

半导体激光器的发明,在某种程度上归功于几十年前铁路工作人员的苛刻工作量。

让我们走进这位传奇人物,看看他跌宕起伏的人生轨迹。

为LED取代白炽灯“埋下种子”

在Holonyak之前,已经有好几位科学家做出了红外LED,但可见光LED却还没有人做出来。

他先后遭遇了技术实用性两个层面的质疑。

最初质疑来自技术层面。

与Holonyak一起工作的通用电气(GE)同事,大多研究的也是红外线半导体,如用砷化镓等材料产生红外光等。

当得知Holonyak要做可见光LED时,其他通用电气的同时第一反应是“不可能”:

你不能这么做。如果你是个化学家,你就会知道这行不通。

Holonyak在做出可见光LED后调侃:

幸好我是个工程师,不是化学家。

他创造性地将当时实验室中研究固态光学的几种材料(镓、砷、磷等)结合在一起,创造出了一种名为磷砷化镓(GaAsP)的材料,并以此为材料,制作出了世界上第一颗红光LED

△GaAsP

这也是人类历史上首次在没有加热或燃烧材料的情况下产生可见光。

随后,横亘在他面前的是另一道质疑——那个年代,白炽灯作为照明设备已经十分流行。

Holonyak制作出的LED虽然能发出可见光,但发光效率却极低,相比每瓦15流明的白炽灯,红光LED每瓦只有0.1流明。

这种情况下,可见光LED能否商用都不好说,甚至还不清楚具体的用途。

对此Holonyak却做出大胆预测,认为将来白炽灯一定会被LED所取代。

然而通用电气公司却并没有重视这份成果。

(值得一提的是,通用电气创立人之一正是发明出白炽灯的爱迪生

一怒之下,Holonyak离开通用电气,来到UIUC(伊利诺伊大学香槟分校)建立了自己的实验室,挑了一小撮电气工程和物理专业的学生,来与自己一起研究可见光LED。

据了解,Holonyak一直将实验室保持在一个较小的规模,目的是有足够精力来教导每个学生、了解他们的想法。

△Holonyak在实验室

他的学生们也不负众望。

其中一个名叫M.George Craford的学生,就在1972年研发出了掺杂氮的磷砷化镓(GaAsP),发明了第一颗橙黄光LED,亮度达到先前红光LED的10倍,标志着LED向提高发光效率方向迈出了重要一步。

随后,新材料不断普及,可见光LED的光谱也拓展到了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色。

在1993年蓝色LED出现后,可见光LED真正开始突飞猛进,如今已经成为我们生活中最常见的照明设备之一。

连续搬砖30小时后,他走上科研道路

除了最广为人知的发明红光LED,Holonyak的人生还有许多传奇的经历。

尽管他出生于美国伊利诺伊州,但他的父母都是来自东欧喀尔巴阡山脉的移民。

父亲老家在深山里,母亲则是在山谷的孤儿院里长大,两人来到美国后才得以相识。

他们都没有受过正规教育,虽然他的母亲小时候曾在神父家里当仆人,但也从未被教过认字,只有父亲会写一点字。

于是,在这样的家庭中长大的Holonyak,母亲对他上学的期待只是会读书写字就行,这样好方便给在外地煤矿上班的父亲写信。

△来源:伊利诺伊大学

顺理成章的,高中毕业后Holonyak就不再读书,选择去中央铁路工作,但他很快发现打工人的日子没那么容易(doge)。

在一次连续加班30小时后,他终于发现“自己不适合从事艰苦的工作”,下定决心用自己攒下的钱去上大学。

他考上了伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校,在1950年完成电气工程学士学位后,又进一步攻读了硕士、博士。

值得一提的是,在此期间,他成为了两届诺贝尔物理学奖获得者John Bardeen的第一个研究生。

在John Bardeen的带领下,Holonyak从事量子阱和量子阱激光器的研究,而这正是LED的核心技术之一。

△Nick Holonyak和导师John Bardeen(来源:伊利诺伊大学)

就这样,Holonyak一步步为红光LED的发明奠定基础。

1950年代,Holonyak致力于研究隧道二极管——尽管这个项目本身并没有取得任何进展,但却让人们对砷化镓的制作流程有了更多了解。

1960年,他创造了第一个可见的半导体激光器,现在被广泛应用于DVD播放机、激光打印机、复印机和其他高科技产品上。

接下来的事,大家也都知道了,Holonyak在1962年发明了第一个可见光LED,并在一年后,选择回到母校伊利诺伊大学担任电机工程系教授,这一待就是50年。

△2012年Nick Holonyak与学生交谈(来源:伊利诺伊大学)

直到2013年退休,他指导了60名研究生的博士学位项目,许多学生后来都在光电子学领域做出了开创性的贡献,其中5人还是国家工程院(NAE)的成员。

在这期间,他不仅发明了一种能在砷化镓芯片中弯曲光的技术,为芯片通过光传输信号创造潜力;还开发了能转换交流电、直流电的晶闸管……

其中比较有代表性的,还要属他发明的量子阱激光器和晶体管激光器。

1977年,Holonyak和他的学生展示了第一个量子阱激光器。这种新型激光器,能以最小的功率发射出非常集中的光,其光强是其他激光器的40倍,将激光二极管的性能提升到了一个新的水平。

现在,量子阱激光器已经被广泛应用于光纤、CD和DVD播放机以及医疗诊断设备。

2004年,Holonyak和Milton Fang教授又有了一个想法,将晶体管和激光器同时结合起来,以更快地提升信号处理速度。由此,晶体管激光器应运而生。

但令很多人遗憾的是,做出如此多科研成果的Holonyak却没有得到应有的荣誉——诺贝尔奖。

与诺贝尔奖失之交臂

可见光LED技术,并非没有获得诺贝尔奖的潜力。

2014年,诺贝尔物理学奖宣布颁给可见光LED,然而Holonyak却没有在获奖名单上看到自己。这一奖项最终颁给了3位发明蓝色LED的科学家,分别是赤崎勇、天野浩和中村修二。

评奖委员会给出的理由是:

很长时间里(超过30年),我们都只有红光到绿光波段的LED。没有蓝光LED,就无法制造出白色灯光。他们在20世纪90年代初期从半导体中获得了第一道蓝光,使得白光二极管灯成为可能。

这在当时遭到过一些质疑,认为这个获奖领域不该将一系列奠基人忽视得这么彻底。

Holonyak对此公开发表过回应:

认为“总有人欠你什么”这种观点,其实蛮可笑的。归根结底,活着已经是一种幸运。

但这并不意味着他不在意此事。

E&T杂志曾在2014年诺奖宣布当天,对Holonyak进行过采访,彼时他已有数十项专利在身,获得的奖项更是不计其数:

我无法解释为何我不在LED诺奖获奖名单上。我认为他们(委员会)同样回答不了这个问题。……如果没有我和其他人在20世纪60年代早期的工作,蓝色LED也不会出现。

事实上,Holonyak对光学做出的贡献一直有目共睹。

早在1997年,美国光学学会就专门以他的名字设立了Nick Holonyak Jr. Award这一奖项,颁给每年对半导体光学做出重大贡献的科学家。

2014年的LED诺奖获奖人之一中村修二,2001年时也曾经获得此奖。

然而,如今随着他的离世,诺贝尔奖理论上与Holonyak再无缘分,这一奖项原则上“只颁给在世的科学家,激励他们继续做出贡献”。

对此UC伯克利教授马毅表示:

LED的诺贝尔奖没有发给第一个发明LED的人实在是对Nick的不公。

文远知行CEO兼联合创始人韩旭也对他表示悼念:

但无论如何,当我们看见红绿灯、或是任何红色LED时,或许会想起当年这位推动了光学革命的科学家。

参考链接:[1]https://www.nobelprize.org/prizes/facts/nobel-prize-facts/[2]https://web.archive.org/web/20141013032018/https://eandt.theiet.org/news/2014/oct/led-nobel-snub.cfm[3]https://web.archive.org/web/20180912022216/https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/30533[4]https://www.optica.org/en-us/get_involved/awards_and_honors/awards/award_descriptions/nickholonyak/[5]https://news.illinois.edu/view/6367/1920044460[6]https://www.youtube.com/watch?v=cvIHUt0HhZA

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