Тим Скоренко - Изобретено в СССР

Если связь между соседними атомами в кристаллической решётке полупроводника разрывается, образуется электрон проводимости. Для восстановления разорванной связи на его место может перескочить электрон соседнего атома, что приведёт к разрыву соответствующей связи. Если приложить к полупроводнику внешнее электрическое поле, разорванная связь будет «двигаться» точно таким же образом, как и электрон, только в противоположном направлении. Такую связь называют «дыркой», она считается квазичастицей (то есть ведёт себя как частица, хотя таковой физически не является) и носителем положительного заряда (а электрон, напомню, отрицательного).

Полупроводники обладают ещё одним характерным свойством: их способность проводить электрический ток сильно зависит не только от температуры, но и от очень малого количества примесей (один примесный атом на миллион атомов полупроводника или даже меньше). Причём разные примеси дают полупроводникам различные свойства: примеси-доноры, например мышьяк, привносят избыточные электроны проводимости (это называется полупроводник n-типа), примеси-акцепторы, например бор, создают избыток дырок (это полупроводник p-типа).

Если внутри одного кристалла создать полупроводники p-типа и n-типа, то электроны и дырки устремятся в области, где их концентрация меньше, и на границе (она называется p-n переходом) образуется двойной заряженный слой из дырок и электронов. Этот p-n переход обладает особыми свойствами. В частности, при приложении электрического напряжения он пропускает постоянный ток только в одну сторону (а в другую – нет). Это и есть диод. Кроме того, при встрече дырки и электрона в p-n переходах некоторых полупроводников происходит их исчезновение (рекомбинация) с рождением фотонов, то есть с излучением света – так работает светодиод.

Длина волны света при этом зависит от состава полупроводника. Существуют светодиоды практически для всех областей спектра – от инфракрасного до ультрафиолетового.

А теперь – к истории.

В 1907 году английский естествоиспытатель Генри Джозеф Раунд, сотрудник Marconi Labs и личный ассистент самого Маркони, обнаружил занятный эффект. Он работал над кристаллическими детекторами для радиоприёмников, а такие детекторы обычно представляют собой кристалл полупроводника, контактирующий с металлической проволокой. Раунд изучал различные материалы, применил в качестве полупроводника карбид кремния и зафиксировал странный побочный эффект – ярко-жёлтое свечение в точке контакта. Это наблюдение он опубликовал в нью-йоркском журнале Electrical World , но дальше в своих исследованиях не продвинулся.

Вплоть до середины 1920-х об эффекте Раунда никто не вспоминал, по сути, открытие британца осталось не более чем мелким эпизодом в гигантской системе бурно развивающегося радио. Именно с радио началась и вторая глава этой истории – глава об Олеге Лосеве.

Олег Лосев родился в 1903 году в небогатой дворянской семье. Ещё мальчишкой он заинтересовался радио и подвизался подрабатывать на тверской радиостанции, где тогда работал гигант мысли, отец советской радиоламповой промышленности Михаил Бонч-Бруевич. В 1920-м Лосев поступил было в Московский институт связи (ныне Московский технический университет связи и информатики), но в том же году бросил его и уехал в Нижний Новгород. Туда за некоторое время до этого перевели старых знакомых Лосева – коллектив тверской радиостанции; 17-летний Лосев без образования устроился рассыльным, но через несколько месяцев благодаря усердию и таланту стал младшим научным сотрудником.

Лосев специализировался, как и ранее Раунд, на кристаллических детекторах, использовавшихся в радиоприёмниках тех лет. Он экспериментировал с различными материалами и в 1922 году сконструировал детекторный приёмник с кристаллами цинкита (оксида цинка), способный значительно усиливать сигнал и принимать очень слабые радиостанции. В те времена страна ещё не успела перессориться со всем миром; в нижегородскую лабораторию для обмена опытом приезжали немцы, это привело к тому, что публикации Лосева начали появляться за границей – в Германии, Франции, Великобритании. Сам приёмник получил европейское название Crystodyne, которое появилось и в российской прессе («Кристадин»). По сути, Лосев вплотную подошёл к открытию транзистора – полупроводникового прибора, основанного на комбинации p-n переходов и способного усиливать, генерировать или коммутировать электрические сигналы. Лосев лишь чуть-чуть не дотянул до настоящей радиореволюции.

Помешало в этом, как ни странно, его новое открытие: в 1923 году на паре «металл – карбид кремния» он наблюдал ровно тот же эффект, что и некогда Раунд, то есть электролюминесценцию. Эта тема затянула Лосева с головой, и он опубликовал по ней ряд статей в советских, немецких и американских журналах. В отличие от британского коллеги Лосев провёл множественные исследования эффекта, замеры, но ему не хватало ни оборудования, ни знаний. В конце концов, юному гению на тот момент исполнилось всего 20 лет и он был самоучкой.

Самое то ли странное, то ли страшное, что история Лосева закончилась… ничем. Он продолжал свои исследования, причём с течением времени так оторвался от основной тематики лаборатории, занимавшейся лампами, что вынужден был сменить место работы. Лосев получил множество патентов (первые три в один день, 31 августа 1925 года – «Детекторный радиоприёмник-гетеродин», «Устройство для нахождения генерирующих точек контактного детектора» и «Способ изготовления цинкитного детектора») – всего 16 штук с 1925 по 1934 год. С 1924-го по 1933-й он активно публиковался и в СССР, и за границей – его работы обсуждались мировым сообществом радиотехников, Лосева даже можно было назвать «широко известным в узких кругах». В числе его авторских свидетельств были и «световые реле», то есть, по сути, настоящие светодиоды. Но практического применения они не получили.

В 1937-м он устроился преподавателем в Ленинградский «Первый мед», затем с подачи Абрама Иоффе стал кандидатом физико-математических наук – но, по сути, это был конец карьеры ещё совсем молодого человека. Зарубежные связи в тот период осуждались, контактов с мировым научным сообществом практически не осталось, Лосев работал без перспективы. Он не стал эвакуироваться из блокадного Ленинграда и в 1942 году умер в госпитале мединститута от голода.

А первый функциональный транзистор был представлен американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уолтером Шокли, сотрудниками Bell Labs, в 1947 году, всего через пять лет после смерти Лосева. Спустя ещё девять лет все трое получили за своё изобретение Нобелевскую премию.