- Rote und grüne LEDs kamen in den 1960er-Jahren auf, doch weil die blaue LED fehlte, verzögerte sich der Umstieg auf Beleuchtung, die per RGB Weiß und alle Farben erzeugen kann, um Jahrzehnte
- Blaues Licht erforderte eine größere Bandlücke, und Zinkselenid sowie Galliumnitrid ließen sich wegen Problemen mit p-Typ-Umsetzung, Kristalldefekten und begrenzter Ausgangsleistung nur schwer kommerzialisieren
- Shūji Nakamura von Nichia setzte auf Galliumnitrid, während der Mainstream auf Zinkselenid fokussiert war, und überwand die Probleme mit der Kristallqualität durch Umbauten an MOCVD-Anlagen und einen Two-Flow-Reactor
- Anschließend kombinierte er das Annealing von magnesiumdotiertem Galliumnitrid, eine aktive Schicht aus Indiumgalliumnitrid und eine Sperrschicht aus Aluminiumgalliumnitrid und vollendete so eine helle blaue LED mit 450 nm und 1.500 Mikrowatt
- Nichia skalierte 1994 auf eine Produktion von 1 Million Stück pro Monat und 1996 auf weiße LEDs; LED-Beleuchtung stieg von 1 % der weltweiten Verkäufe von Wohnraumbeleuchtung im Jahr 2010 auf mehr als die Hälfte im Jahr 2022
Warum die blaue LED das letzte Puzzleteil der Beleuchtungsrevolution war
- Die Farbe einer LED entsteht nicht durch die Kunststoffabdeckung, sondern durch ihre elektronische Struktur
- Auch eine transparente LED kann im selben Rot leuchten
- Das Gehäuse dient eher dazu, LEDs zu unterscheiden
- 1962 baute Holonyak von General Electric die erste LED für sichtbares Licht; sie leuchtete schwach rot
- Später entwickelten Ingenieure von Monsanto grüne LEDs, doch über Jahrzehnte blieben LEDs auf Rot und Grün beschränkt
- Wäre die blaue LED möglich geworden, hätte man Rot, Grün und Blau mischen können, um Weiß und alle Farben zu erzeugen
- Damit hätten sich LEDs auf Beleuchtung insgesamt ausweiten lassen: Glühbirnen, Mobiltelefone, Computer, Fernseher, Anzeigetafeln und mehr
- Seit den 1960er-Jahren stiegen große Elektronikkonzerne wie IBM, GE und Bell Labs in die Entwicklung blauer LEDs ein, doch selbst Tausende Forschende hatten keinen Erfolg
- Ein Direktor von Monsanto ging davon aus, dass LEDs Küchenbeleuchtung nicht ersetzen würden und nur in Haushaltsgeräten, Armaturenbrettern von Autos und Stereoanzeigen zum Einsatz kämen
Wie LEDs Licht erzeugen
- Eine Glühlampe leitet Strom durch einen Wolframfaden, erhitzt ihn und erzeugt dadurch Licht
- Der Großteil der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung ist Infrarot, also Wärme
- Sichtbares Licht macht nur einen sehr kleinen Anteil aus
- Eine LED ist, wie der Name light emitting diode sagt, ein Bauelement, das vor allem Licht erzeugt, und ist daher deutlich effizienter
- Eine Diode ist ein Bauelement mit zwei Elektroden, das Strom nur in eine Richtung fließen lässt
- Wenn Atome in einem Halbleiter einen Festkörper bilden, formen die dicht beieinanderliegenden Elektronenenergieniveaus Energiebänder
- Das höchste Band mit Elektronen ist das Valenzband
- Das darüberliegende Band ist das Leitungsband
- Die Energiedifferenz zwischen beiden Bändern ist die Bandlücke
- Reine Halbleiter sind für sich genommen nur eingeschränkt nützlich; deshalb braucht es Dotierung, also das Einbringen von Fremdatomen ins Gitter
- Gibt man Phosphor in Silizium, entstehen zusätzliche Elektronen und damit ein n-Typ-Halbleiter
- Gibt man Bor in Silizium, entstehen Löcher und damit ein p-Typ-Halbleiter
- Fügt man p-Typ und n-Typ zusammen, diffundieren Elektronen und Löcher gegeneinander und es entsteht eine Verarmungszone
- Schließt man eine Batterie umgekehrt an, wird die Verarmungszone größer und es fließt kein Strom
- Schließt man sie mit der richtigen Polarität an, schrumpft die Verarmungszone und Elektronen fließen vom n-Typ zum p-Typ
- Wenn ein Elektron vom Leitungsband in ein Loch im Valenzband fällt, kann die Energie der Bandlücke als Photon abgegeben werden
- Diese Energieänderung tritt als Licht aus; das ist das Funktionsprinzip einer LED
- Die Größe der Bandlücke bestimmt die Farbe des ausgesendeten Lichts
- Die Bandlücke von Silizium beträgt 1,1 eV, daher liegen die ausgesendeten Photonen nicht im sichtbaren Bereich, sondern im Infrarot
- Solche LEDs werden in TV-Fernbedienungen verwendet und lassen sich mit Kameras erfassen
- Photonen blauen Lichts benötigen höhere Energie und damit eine größere Bandlücke; genau das machte blaue LEDs so schwierig
Nichia und Nakamuras Wette
- Shūji Nakamura war Forscher bei dem kleinen japanischen Chemieunternehmen Nichia
- Nichia expandierte in die Produktion von Halbleitern für rote und grüne LEDs, doch Ende der 1980er-Jahre geriet der Halbleiterbereich unter Druck
- Das Unternehmen verlor in einem überfüllten Markt gegen etabliertere Firmen an Boden
- Junge Mitarbeitende forderten Nakamura auf, ein neues Produkt zu entwickeln, während ältere Mitarbeitende seine Forschung als Geldverschwendung betrachteten
- Nakamuras Labor bestand größtenteils aus Geräten, die er selbst zusammengesucht und zusammengeschweißt hatte
- Wegen Phosphorlecks kam es so häufig zu Explosionen, dass Kolleginnen und Kollegen nicht einmal mehr nachsehen kamen
- 1988 waren seine Vorgesetzten von der Forschung enttäuscht und forderten Nakamura auf aufzuhören; er schlug dem Gründer und Präsidenten Nobuo Ogawa daraufhin die Entwicklung einer blauen LED vor
- Ogawa bewilligte 500 Millionen Yen, etwa 3 Millionen US-Dollar, für Nakamuras Projekt
- Das entsprach schätzungsweise rund 15 % des Jahresgewinns des Unternehmens
- Nakamura entschied sich, in einem Labor in Florida MOCVD zu lernen
- MOCVD ist eine Anlage, bei der Dampfmoleküle von Kristallmaterialien in eine heiße Kammer eingebracht werden, um Schichten auf einem Substrat zu bilden
- Sie war und ist eine Schlüsseltechnologie für die Massenproduktion sauberer Kristalle
- Kristallschichten müssen teils nur wenige Atome dick sein; außerdem müssen das Gitter des Substrats und das darauf wachsende Kristallgitter gut zusammenpassen, damit stabile und glatte Kristalle entstehen
- In Florida durfte Nakamura keine funktionierende MOCVD-Anlage nutzen und verbrachte 10 von 12 Monaten damit, ein neues System zusammenzubauen
- Weil Nichia ihm keine Veröffentlichung von Papers erlaubte, hatte Nakamura weder Doktortitel noch Publikationen; Forschende mit PhD behandelten ihn wie einen einfachen Techniker
- Als Nakamura 1989 nach Japan zurückkehrte, blieben ihm die Bestellung eines neuen MOCVD-Reaktors für Nichia und der starke Wille, einen Doktortitel zu bekommen
- Damals konnte man in Japan einen PhD erhalten, wenn man fünf Papers veröffentlichte, ohne eine Universität besuchen zu müssen
- Selbst falls er an der blauen LED scheitern sollte, hatte er damit eine Alternative, um den PhD zu erlangen
Die Wahl von Galliumnitrid, das der Mainstream ignorierte
- Bis in die 1980er-Jahre hatten sich die Kandidaten für blaue LEDs vor allem auf Zinkselenid und Galliumnitrid verengt
- Zinkselenid wirkte wie die vielversprechendere Option
- Beim Wachstum auf einem Galliumarsenid-Substrat in MOCVD betrug die Gitterfehlanpassung nur 0,3 %
- Die Kristalldefekte lagen bei etwa 1.000 pro Quadratzentimeter und damit innerhalb der Obergrenze für den LED-Betrieb
- n-Typ-Zinkselenid ließ sich jedoch zwar auf mehreren Wegen herstellen, p-Typ-Zinkselenid aber nicht
- Galliumnitrid war ein Material, das die meisten Forschenden aufgegeben hatten
- Die Gitterfehlanpassung zum Saphirsubstrat betrug 16 %
- Die Defekte lagen bei mehr als 10 Milliarden pro Quadratzentimeter
- Mit Silizium ließ sich n-Typ herstellen, doch p-Typ blieb weiterhin ein schwieriges Problem
- Eine kommerzielle blaue LED benötigte mindestens 1.000 Mikrowatt Gesamtlichtleistung, doch bestehende Prototypen lagen zwei Größenordnungen darunter
- Nakamura kam zu dem Schluss, dass Galliumnitrid besser sei, wenn er fünf Papers allein veröffentlichen müsse, weil dort weniger Konkurrenz herrschte
- Bei der größten japanischen Gesellschaft für angewandte Physik nahmen mehr als 500 Personen an Vorträgen zu Zinkselenid teil
- Zu Vorträgen über Galliumnitrid kamen nur 5 Personen
- Unter diesen 5 waren der Galliumnitrid-Experte Akasaki und sein früherer Doktorand Hiroshi Amano
- Akasaki und Amano erzielten einen Durchbruch, indem sie Galliumnitrid nicht direkt auf Saphir wachsen ließen, sondern zuerst eine Aluminiumnitrid-Pufferschicht erzeugten
- Aluminiumnitrid hat einen Gitterabstand zwischen Saphir und Galliumnitrid und erleichterte so die Herstellung saubererer Galliumnitrid-Kristalle
- Allerdings verursachte Aluminium Probleme im MOCVD-Reaktor, was die Skalierung des Prozesses erschwerte
Drei Durchbrüche nacheinander: Kristalle, p-Typ und Helligkeit
- Zunächst gelang es Nakamura nicht, Galliumnitrid in seinem neuen MOCVD-Reaktor ordentlich wachsen zu lassen
- Nach sechs Monaten zerlegte er die Anlage und begann, selbst eine bessere Version zu bauen
- Jeden Tag kam er um 7 Uhr morgens ins Labor
- Vormittags schweißte, schnitt und änderte er die Verkabelung
- Nachmittags experimentierte er mit dem umgebauten Reaktor
- Um 19 Uhr ging er nach Hause und wiederholte Essen, Waschen und Schlafen
- Er arbeitete ohne Wochenenden und Feiertage, mit Ausnahme von New Year’s Day, einem wichtigen Feiertag in Japan
- Anderthalb Jahre später, im Winter 1990, hatte Nakamuras Galliumnitrid-Probe eine Elektronenmobilität, die viermal höher war als bei herkömmlichem direkt auf Saphir gewachsenem Galliumnitrid
- Entscheidend war, dass er dem MOCVD-Reaktor eine zweite Düse hinzugefügt hatte
- Das Problem war, dass die Reaktionsgase für Galliumnitrid in der heißen Kammer nach oben stiegen, sich in der Luft mischten und zu pulverförmigem Abfall wurden
- Die zweite Düse erzeugte einen nach unten gerichteten Strom aus inertem Gas, der den ersten Strom an das Substrat drückte und so gleichmäßige Kristalle entstehen ließ
- Forschende hatten einen zweiten Strom vermieden, weil sie davon ausgingen, dass er die Turbulenz erhöhen würde; Nakamura hielt die Strömung mit einer speziellen Düse laminar
- Er nannte dies Two-Flow-Reactor
- Dank des Two-Flow-Designs konnte Nakamura statt Aluminiumnitrid Galliumnitrid selbst als Pufferschicht auf dem Saphirsubstrat verwenden
- Darauf erzeugte er sauberere Galliumnitrid-Kristalle und vermied zugleich das Aluminiumproblem
- Der Druck innerhalb des Unternehmens nahm immer weiter zu
- Nichia-Gründer Nobuo Ogawa zog sich auf den Chairman-Posten zurück, und sein Schwiegersohn Eji Ogawa wurde CEO
- Ein Manager von Matsushita erklärte bei Nichia, Zinkselenid sei der Weg nach vorn und Galliumnitrid habe keine Zukunft
- Am selben Tag schickte Eji Nakamura ein Memo, in dem er ihn anwies, die Arbeit an Galliumnitrid sofort einzustellen
- Nakamura ignorierte das Memo sowie nachfolgende Anweisungen und Anrufe
- Nakamura veröffentlichte seine Forschung zum Two-Flow-Reactor heimlich, ohne Nichias Wissen; das wurde sein erstes Paper
- Die zweite Hürde war p-Typ-Galliumnitrid
- Akasaki und Amano setzten magnesiumdotiertes Galliumnitrid einem Elektronenstrahl aus und erzeugten so das weltweit erste p-Typ-Galliumnitrid
- Sie wussten jedoch nicht, warum es funktionierte, und jedes Kristallstück mit Elektronen zu bestrahlen war für die kommerzielle Produktion viel zu langsam
- Nakamura hielt den Elektronenstrahl für übertrieben und versuchte ein Annealing, bei dem magnesiumdotiertes Galliumnitrid auf 400 °C erhitzt wurde
- Das Ergebnis war eine vollständige p-Typ-Probe
- Der Elektronenstrahl machte nur die Oberfläche der Probe p-Typ, das Erhitzen funktionierte besser und war ein schnell skalierbarer Prozess
- Diese Forschung zeigte auch, warum p-Typ-Galliumnitrid so schwierig gewesen war
- Ammoniak, das in MOCVD als Stickstoffquelle dient, enthält auch Wasserstoff
- Wasserstoffatome banden sich an Magnesium und blockierten die Löcher
- Durch zusätzliche Energie entwich der Wasserstoff aus dem Material, und die Löcher wurden wieder frei
- Auf einem Workshop 1992 in St. Louis präsentierte Nakamura einen Prototyp einer blauen LED und erhielt Standing Ovations
- Die Farbe lag jedoch eher bei Blauviolett, und die Lichtleistung betrug nur 42 Mikrowatt, also weniger als der praktische Zielwert von 1.000 Mikrowatt
- Die dritte Hürde war die Steigerung der Lichtleistung
- Die bekannte Methode zur Erhöhung der LED-Effizienz bestand darin, an der p-n junction eine dünne Schicht namens active layer einzufügen, die die Bandlücke etwas verkleinert
- Als am besten geeignete aktive Schicht für Galliumnitrid galt Indiumgalliumnitrid
- Diese Schicht erleichterte das Überwinden der Bandlücke und konnte Blauviolett auf echtes Blau abstimmen
- Amano erinnerte sich, dass Galliumnitrid und Indiumnitrid als so unvermischbar galten wie Wasser und Öl
- Nakamura nutzte seinen selbst modifizierbaren MOCVD-Reaktor, um so viel Indium wie möglich in Galliumnitrid einzubringen, und erhielt saubere Indiumgalliumnitrid-Kristalle
- Als er die aktive Schicht in die LED einbaute, funktionierte der Well zu gut: Elektronen liefen über und traten in die Galliumnitrid-Schicht aus
- Innerhalb weniger Monate stellte er Aluminiumgalliumnitrid her und nutzte es als Sperrschicht mit größerer Bandlücke
- Diese Schicht verhinderte, dass Elektronen wieder aus dem Well entkamen, nachdem sie hineingelangt waren
Kommerzialisierung, Streit um Vergütung und Verbreitung der LED-Beleuchtung
- 1992 vollendete Nakamura eine helle blaue LED
- Sie war hell genug, um auch bei Tageslicht sichtbar zu sein
- Die Lichtleistung betrug 1.500 Mikrowatt
- Die Wellenlänge lag exakt bei 450 nm
- Sie war mehr als 100-mal heller als die damals am Markt erhältlichen pseudo-blauen LEDs
- Nichia veranstaltete in Tokyo eine Pressekonferenz zur Vorstellung der weltweit ersten true blue LED, und die Elektronikbranche war schockiert
- Der geschäftliche Effekt für Nichia war unmittelbar
- Bestellungen strömten herein, und Ende 1994 produzierte das Unternehmen 1 Million blaue LEDs pro Monat
- Innerhalb von drei Jahren verdoppelte sich der Umsatz des Unternehmens nahezu
- 1996 erweiterte Nichia die Technologie zu weißen LEDs, indem es gelben Phosphor auf eine blaue LED aufbrachte
- Diese Chemikalie absorbiert blaue Photonen und emittiert sie erneut als breites Spektrum über den sichtbaren Bereich
- Nichia verkaufte bald die weltweit erste weiße LED
- In den folgenden vier Jahren verdoppelte sich Nichias Umsatz erneut
- 2001 näherte sich der Jahresumsatz 700 Millionen US-Dollar
- Mehr als 60 % stammten aus Produkten mit blauen LEDs
- Heute ist Nichia einer der großen LED-Hersteller mit Jahresumsätzen in Milliardenhöhe
- Nakamuras Vergütung blieb begrenzt
- Sein Jahresgehalt betrug nach einer Verdopplung 60.000 US-Dollar
- Der Bonus pro Patent lag bei 170 US-Dollar
- 2000 verließ Nakamura Nichia nach mehr als 20 Jahren und ging in die USA
- Er begann, Cree zu beraten
- Nichia verklagte ihn wegen Weitergabe von Geschäftsgeheimnissen
- Nakamura erhob Gegenklage und verlangte 20 Millionen US-Dollar, weil er für seine Erfindung nicht angemessen vergütet worden sei
- 2001 gab ein japanisches Gericht Nakamura recht und ordnete an, dass Nichia das Zehnfache der ursprünglichen Forderung zahlen müsse
- Nichia legte Berufung ein, und der Fall wurde schließlich mit einer Zahlung von 8 Millionen US-Dollar beigelegt
- Dieser Betrag deckte in etwa Nakamuras Rechtskosten
- Die blaue LED ist heute Teil einer 80-Milliarden-Dollar-Industrie
- Sie wird in Wohnraumbeleuchtung, Straßenlampen, Mobiltelefonen, Computern, Fernsehern, Ampeln, Displays und mehr eingesetzt
- Auch Warnungen, dass das blaue Licht von Bildschirmen den circadian rhythm stören kann, hängen mit Galliumnitrid-basierten blauen LEDs zusammen
- LED bulbs für Beleuchtung sind effizienter als incandescent oder fluorescent bulbs, halten viel länger, sind sicherer in der Handhabung und vollständig anpassbar
- 30 Jahre nach der weißen LED können hochwertige bulbs 50.000 white shades auswählen
- Der Preis ist auf nur noch wenige Dollar mehr als andere Leuchtmittel gefallen
- Bei durchschnittlicher täglicher Nutzung und Strompreisen lassen sich die Mehrkosten in rund zwei Monaten wieder hereinholen
- Die Verkäufe von LED-Beleuchtung steigen schnell
- 2010 lag der LED-Anteil am weltweiten Verkauf von Wohnraumbeleuchtung bei 1 %
- 2022 lag er bei mehr als der Hälfte
- Fachleute schätzen, dass innerhalb der nächsten zehn Jahre fast alle verkauften Leuchtmittel LEDs sein werden
- Beleuchtung verursacht 5 % der gesamten CO2-Emissionen
- Eine vollständige Umstellung auf LEDs könnte Schätzungen zufolge 1,4 Milliarden Tonnen CO2 einsparen
- Das entspräche in etwa dem Entfernen fast der Hälfte aller Autos weltweit von den Straßen
Nakamuras spätere Forschung und Anerkennung
- Nakamura forscht heute an Micro-LEDs und UV-LEDs, der nächsten LED-Generation
- Eine Standard-LED ist 300×200 Mikrometer groß, die kleinsten sollen 5 Mikrometer messen
- Das ist so klein, dass es mit der Dicke eines menschlichen Haares vergleichbar ist
- Sie lassen sich für Near-Eye-Displays, AR und VR nutzen
- UV-LEDs könnten zur Desinfektion von Oberflächen in Krankenhäusern oder Küchen eingesetzt werden
- Wenn UV-Licht eingeschaltet wird, können Krankheitserreger innerhalb weniger Sekunden abgetötet werden
- Während COVID-19 stiegen die Aktienkurse von UV-LED-Unternehmen stark, weil Menschen erwarteten, dass sie zur Desinfektion gegen COVID-19 eingesetzt würden
- Für Leuchtdioden wird Indiumgalliumnitrid verwendet, für UV Aluminiumgalliumnitrid mit größerer Bandlücke
- UV-LEDs funktionieren, aber die Kosten sind das Problem
- Die Effizienz liegt unter 10 %, und die Kosten sind sehr hoch
- Wenn die Effizienz auf über 50 % steigt, könnten die Kosten ungefähr auf das Niveau von Quecksilberlampen sinken
- Nakamura hat kürzlich auch ein Kernfusionsunternehmen gegründet und sagt, er interessiere sich für Physik
- 2014 erhielten Nakamura, Akasaki und Amano für die Entwicklung der blauen LED den Physikpreis
- Nakamura dankte später öffentlich dafür, dass Nichia seine Forschung unterstützt hatte, und bot an, das Unternehmen zu besuchen und sich zu versöhnen; Nichia lehnte dies jedoch ab, und das Verhältnis bleibt kühl
- Bis zur Vorstellung der blauen LED 1994 veröffentlichte Nakamura mehr als 15 Papers und erhielt schließlich einen Doktortitel in Ingenieurwissenschaften
- Heute hat er mehr als 900 Papers veröffentlicht
- Seine Lieblingsfarbe ist Blau; er sagt, das Meer vor dem Haus im Fischerdorf, in dem er als Kind lebte, sei immer blau gewesen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Eine wirklich großartige Geschichte. Dass es heute blaue LEDs gibt, liegt daran, dass eine Person alles darauf gesetzt und es durchgezogen hat; es ist erstaunlich, wie viel manchmal von einer einzelnen Person abhängt.
Möglich war es auch, weil dieser Forscher tatsächlich elektromechanisches Können erworben hatte. Man fragt sich, was alles schneller möglich gewesen wäre, wenn solche Fähigkeiten weiter verbreitet gewesen wären.
Dass es ohne Doktortitel schwierig war, lag vor allem daran, dass Kollegen andere Arten von Fähigkeiten nicht richtig zu schätzen wussten.
Ein Chemieprofessor, den ich kenne, misst so etwas große Bedeutung bei. Er unterhält ein Lager mit Teilen und Geräten und greift zu, wenn sich die Gelegenheit bietet, günstige und relevante Ausrüstung zu bekommen.
Studierende bauen die benötigte Ausrüstung oft selbst. Sie hat vielleicht keine wissenschaftliche Qualität, reicht aber meist aus, um eine Forschungsrichtung zu validieren oder später den Kauf bzw. Zugang zu offizieller Ausrüstung zu rechtfertigen.
Diese Studierenden wissen genau, welchen Wert sie daraus ziehen, und es ist derselbe Wert, den man bei der Person gesehen hat, die die blaue LED entwickelt hat: Man reduziert Abhängigkeiten erheblich und gewinnt mehr direkte Initiative und Kontrolle.
Auch historisch stammt ein großer Teil des wissenschaftlichen Verständnisses, auf das wir uns stützen und das wir in der Technik nutzen, von Menschen, die nicht nur denken und beobachten, sondern auch selbst bauen konnten; Rechenfähigkeiten kommen noch hinzu.
In der Wissenschaft, in der öffentlichen Forschung und in der privaten Forschung braucht es viel mehr von diesem Ansatz.
Es zeigt sich: Nicht nur Glühlampen, sondern auch LED-Beleuchtung wurden letztlich durch echte Anstrengungen im Edison-Stil möglich.
Bis in die 1980er-Jahre ging man in der Industrieforschung anders mit Ausrüstung um als heute. Finanzstarke Energiekonzerne wie Exxon oder Shell lagerten gebrauchte Geräte in Überschusslagern ein, wenn Labore umgebaut oder Ausrüstung ersetzt wurde; nach durchschnittlich 5 bis 10 Jahren wurden sie als zur Entsorgung vorgesehen markiert.
Früher erwartete man von leitenden Forschern, dass sie zuerst in den riesigen Lagern nach brauchbaren Dingen suchten, bevor sie neue Geräte beantragten; deshalb wurden sie als Ressource aufbewahrt. Aber irgendwann tat das niemand mehr, die Energiepreise stiegen stark, und die Ölkonzerne hatten so viel Geld, dass sie jahrelang einfach nur neue Ausrüstung kauften.
Die Lager waren groß, aber irgendwann voll, und weil regelmäßig Platz geschaffen werden musste, wurde alles versteigert. Barzahlung am Verkaufstag, wie gesehen, am Standort, ohne jede Garantie.
Obwohl ich nur einen winzigen Teil der Dinge, die durch diese Lager gingen, sorgfältig auswählte und mitnahm, entsprach das schon einem Vielfachen der Gerätemenge, mit der ein durchschnittlicher Doktorand im Lauf seiner Karriere zu tun hat.
Viele Promovierte wollen Geräte nicht selbst anfassen und lassen das Praktikanten machen. Deshalb kommt es selten vor, dass die wissenschaftlich am weitesten fortgeschrittene Person im Labor handwerkliche Fähigkeiten nutzt; umgekehrt wird die Person, die am geschicktesten mit den Händen arbeitet, selten so eingesetzt, dass diese Fähigkeit wissenschaftlich maximal zur Geltung kommt.
Ich arbeitete mit Leuten aus dieser Richtung, die damals in mein Labor kamen, sowie mit Kunden außerhalb der Forschung zusammen, und es war nichts Beschämendes daran, gebrauchte Geräte mit Inventaraufklebern der ursprünglichen Eigentümer zu nutzen. Im Gegenteil: Wir konnten immer wieder Leistungen nachweisen, die den internen Arbeiten dieser Unternehmen entsprachen oder sie übertrafen.
Sie kamen nicht einmal auf die Idee, die Überschussgeräte ihres eigenen Unternehmens zu nutzen oder hinunterzugehen, um zu sehen, welche überwältigenden Mengen in den Lagern lagen. Es war einfach nicht Teil ihrer Kultur.
Ich finde, das Video ist wirklich gut gemacht. Wissenschaft auf einem angemessenen Niveau für ein breites Publikum zugänglich zu vermitteln, ist schwierig, aber Derek hat das hervorragend geschafft.
Besonders gut fand ich die LED-Erklärung um Minute 4. Kann jemand, der mit Halbleiterphysik vertraut ist, sagen, wie gut diese Erklärung die Realität modelliert?
Wenn man sagt, dass Elektronen die umgebenden Atome „spüren“, meint man eine Folge davon, dass das Material kristallin ist, also eine regelmäßige, geordnete Struktur besitzt. Diese regelmäßige Struktur erzeugt ein periodisches Potenzial; dieses setzt man in die Schrödingergleichung ein und wendet dann Stetigkeitsbedingungen und Translationssymmetrie auf die Wellenfunktion an.
Berechnet man unter diesen Bedingungen die Lösungen der Schrödingergleichung, erhält man erlaubte und nicht erlaubte Energieniveaus, und auch die Beziehung zwischen Energie und Impuls im Kristallgitter wird sichtbar. Wenn man den Wikipedia-Artikel zum Kronig-Penney-Modell liest, kann man den Ablauf nachvollziehen.
Das hängt von der Periodizität ab und kann daher je nach Richtung im Kristall unterschiedlich sein. Trotzdem ist die Erklärung nicht falsch: Beim Wachstum von Halbleiterbauelementen richtet man die Kristallorientierung so aus, dass der Strom in die gewünschte Richtung fließt, weshalb das vereinfachte Ergebnis, die Bandlücke als einzelne Zahl zu betrachten, gültig ist.
Auch die Darstellung, dass sich das Band bei angelegtem Potenzial oder angelegter Spannung nach unten neigt, passt gut zu der Art, wie man Potenzialänderungen in Diagrammen von Halbleiterbauelementen zeichnet. Siehe dazu Streetman and Banerjees Solid State Electronic Devices.
Es ist eine hervorragende Einführung in das Verhalten von Halbleitern, lässt aber, wie andere schon gesagt haben, ein sehr wichtiges Detail aus: direkte und indirekte Bandlücken. Was im Video weggelassen wird, ist, dass ein Kristall zwar eine hochgradig geordnete, wiederholte Struktur ist, aber nicht in alle Richtungen gleich aussieht. Deshalb gibt es nicht nur eine Bandlücke, sondern mehrere, je nachdem, in welche Kristallrichtung man schaut.
Man könnte fragen, warum die Richtung wichtig ist; hier geht es wieder tief in die Quantenmechanik. Wenn in einem Halbleiter ein einzelnes Photon absorbiert wird, müssen sowohl Impuls als auch Energie erhalten bleiben. Der Impuls eines Photons in der Größenordnung der Bandlücke von Silicon ist sehr klein, und der Impuls von Leitungselektronen bei Raumtemperatur ist viel größer. Etwas vereinfacht gesagt erfolgen Übergänge durch Photonabsorption daher ohne Impulsänderung, und man sieht nur die Bandstruktur in einer bestimmten Kristallrichtung und die dazugehörigen freien Ladungsträger.
Insbesondere hat Silicon eine indirekte Bandlücke, und die Impulse des Leitungselektrons mit minimaler Energie und des Lochs im Valenzband unterscheiden sich. Dadurch kann man zwar Photonen absorbieren, um Detektoren zu bauen, aber man kann es nicht dazu bringen, wie eine LED effizient Photonen zu emittieren. In diesem Punkt lag das Video falsch.
Der Kern des Videos sind allerdings blaue LEDs im GaN-Materialsystem, und GaN ist eindeutig ein Material mit direkter Bandlücke, daher ist das kein großes Problem. Wenn jemand ein lichtemittierendes Bauelement herstellt, das aus reinem Silicon gefertigt werden kann, wäre das eine absolute Revolution für Optical Computing und Photonik. Daran wird seit mindestens über 20 Jahren wie an einem heiligen Gral gearbeitet.
https://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle
https://www.chu.berkeley.edu/wp-content/uploads/2020/01/Chen...
https://www.iue.tuwien.ac.at/phd/wessner/node31.html
Das ist so eine Situation wie: „Danke für die Milliardenumsätze, aber erinnerst du dich, dass ich dir gesagt hatte, du sollst nicht versuchen, das Problem der blauen LED mit GaN zu lösen? So, hier sind 147 Dollar für dein Patent, räum deinen Schreibtisch. Du bist gefeuert.“
Mit meinen Suchfähigkeiten finde ich es nicht gut wieder, aber dieses Interview habe ich gefunden:
https://www.jsap.or.jp/jsapi/Pdf/Number02/Interview.pdf
Mir gefiel der Teil im letzten Interview, in dem Nakamura erklärte, dass er in einem Fischerdorf mit Blick aufs Meer aufgewachsen sei und deshalb Blau lieben gelernt habe.
Nachdem blaue LEDs in den 1990ern auf den Markt kamen, wurden sie in weniger als zehn Jahren zu Ausstellungsware für ein paar Dollar im Elektronikladen.
Etwa zur gleichen Zeit wuchsen auch webbasierte Communities von Computertechnikern stark, etwa Webforen.
Diese zufällige Begegnung führte zu Liebe auf den ersten Blick. Aus heutiger Sicht ist es kaum 20 Jahre her, aber für ein paar Jahre um 2000–2005 war der unverzichtbare Trend der Computer-Nerd-Kultur der Hype um blaue LEDs.
Es wirkte elitär, topmodern, selten und extrem technisch. Rückblickend ist es lustig, wie man PC-Gehäuse mit Fenster voll mit LEDs packte, sie mit Kaltkathodenröhren grell ausleuchtete und Mäuse, Lautsprecher und alle möglichen Elektronikgeräte mit viel Aufwand auf Blau umrüstete.
Ein paar Jahre später, etwa ab 2005, griff der kommerzielle Markt den Trend auf und machte ihn langweilig und überholt. Hacker und Overclocker interessierten sich nicht mehr dafür; vielmehr begannen superhelle LEDs zu nerven.
Innerhalb von etwa fünf Jahren begann der blaue-LED-Trend der Modding-Kultur, erreichte seinen Höhepunkt, wurde kommerzialisiert und schließlich zum Ärgernis. Ab diesem Zeitpunkt fingen wir an, blendende Mods hastig mit einem anderen blauen Produkt abzudecken: Blu-Tack.
Wohin führte diese kurze Überschneidung von blauen LEDs und Hackerkultur am Ende? Im kommerziellen Markt wurde daraus der „RGB“-Trend bei leuchtender Computerhardware. RGB-Lüfter, RGB-Gehäuse, RGB-Panels auf Grafikkarten und Ähnliches. Trotzdem finde ich blaue LEDs immer noch ziemlich cool.
https://en.wikipedia.org/wiki/Blu_Tack
Das war so nervig, dass ich sie mit allen möglichen Sorten Klebeband abgedeckt habe. Gut, dass diese Zeit vorbei ist.
Deshalb habe ich die Dekobeleuchtung in einem früheren Büro nie verstanden.
Es war eine Wand mit verstreuten kleinen Lichtern in mehreren Farben, also waren eingelassene LEDs schon in Ordnung. Aber statt farbige LEDs mit einem neutralen Diffusor zu verwenden, nutzte man rote+grüne+blaue Dreifach-LEDs, um weißes Licht zu erzeugen, und setzte davor dann wieder rotes/grünes/blaues Plastik, um es erneut einzufärben.
Ich verstehe, dass Montage oder Wartung so günstiger sein können, aber Systeme aus Bauteilen, die jeweils die Arbeit der anderen rückgängig machen, stoßen mich immer ab. Es fühlt sich wie Respektlosigkeit gegenüber der Technik an.
Technology Connections hat in den letzten fünf Jahren drei Videos gemacht, die sich im Kern darüber beschweren, wie blaue LEDs in Weihnachtsbeleuchtung eingesetzt werden. Ich glaube, ich habe nur das Video von vor zwei Jahren gesehen, aber jetzt sehe ich es, selbst wenn ich es nicht sehen will.
Das Blau ist einfach zu blau. Ganze Sets aus blauer Beleuchtung sind kaum auszuhalten. Weißes Licht mit blauem Plastik darüber ist der richtige Weg.
https://youtu.be/PBFPJ3_6ZWs?si=sTeRrqQ5umHsNCgz
https://youtu.be/cQgcTkXacAc?si=CDj0G9Sh7S-wbLjN
https://youtu.be/va1rzP2xIx4?si=cAp65hnmwtkrXgDc
Eine erstaunliche und inspirierende Geschichte über Beharrlichkeit und Nicht-Aufgeben.
https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/595d3fb837c581...
Allerdings ist es wirklich frustrierend, wie wenig Dankbarkeit Nichia Corp Nakamura entgegenbrachte. Er war der Underdog, der sich durch alle möglichen Hindernisse kämpfte und mehr als 65 % des Unternehmensumsatzes ermöglichte.
Leute wie der damalige Nichia-CEO, also Neffen, die ein Unternehmen nepotistisch erben und dann die erfolgreiche Methodik ihres Onkels verwerfen, sind wirklich töricht. Dieser fantasielose Zahlenspielerei und Kleingeist standen ihm auf Schritt und Tritt im Weg; der Erfolg kam nicht wegen ihnen zustande, sondern trotz ihnen.
Zusätzlich zur Befehlsverweigerung ließ er seine Vorgesetzten auch noch wie Idioten aussehen. Wobei natürlich ziemlich klar ist, dass wir nur Nakamuras Seite der Geschichte hören.
Die ersten 10 Minuten sind die beste Erklärung zu Leitern, Isolatoren und Halbleitern, die ich je gesehen habe. Der Rest war eine fesselnde menschliche Geschichte mit Wissenschaft dabei.
Der Maker- und Experimentiergeist kam stark rüber, und am Ende gibt es auch noch einen Satz für Leute aus den Bereichen Klimawandel und Kernfusion.
Dieses Video ist für mein erwachsenes Ich das, was Back to the Future für mich als Kind war. Es enthält alles, was man braucht.
Dieses Video erinnerte mich an ein Vorstellungsgespräch vor ein paar Jahren. Ich sprach mit einem interessanten Robotik-Startup in Tokio, wurde aber abgelehnt, weil ich einen Master hatte und der andere Kandidat einen Doktortitel.
Die Stelle bot ein Jahresgehalt von 65.000 Dollar, kaum Equity und sehr wenige Benefits. Ein paar Wochen später fand ich in San Francisco einen Job mit mehr als 250.000 Dollar Gesamtvergütung und vielen Benefits.
Die Vergütung für Ingenieure in Japan ist ziemlich niedrig, und das Klischee, dass man Arbeitskräfte verheizt, stimmt nach wie vor.
Außerdem sprechen viele von ihnen fließend Englisch. In der Bay Area könnten sie bei der Hälfte der Arbeitszeit das Doppelte verdienen.
Um mehrere Formulierungen von hier aufzugreifen: „Dass wir blaue LEDs haben, liegt daran, dass ein Mensch gegen beträchtlichen Widerstand viele Jahre seines Lebens auf seine Idee gesetzt hat.“
Das ist großartig für uns, aber man muss auch die tatsächlichen Kosten dieses Erfolgs sehen. Vermutlich haben Hunderte, vielleicht sogar Tausende ebenfalls hart gearbeitet und viele Jahre ihres Lebens investiert, sind aber gescheitert. Um es im Stil von Willy Wonka zu sagen: Sie haben verloren und nichts bekommen.
Wenn Tausende hart gearbeitet und viele Jahre ihres Lebens investiert haben, aber gescheitert sind, dann war der Ort, an dem die meisten von ihnen so vertieft arbeiteten, wohl kein Labor.
Einige dürften ihren Lebensunterhalt bei Fast-Food-Unternehmen oder Ähnlichem verdient haben; schlimmer noch, vielleicht in Positionen, in denen sie nicht einmal eine kaputte Milchshake-Maschine reparieren durften.
Gleichzeitig beanspruchen promovierte Personen, die keine herausragenden Experimentatoren sind, einen erheblichen Anteil an Geräten und Einrichtungen. Deshalb nützen selbst Unmengen teurer Einrichtungen nichts, und die große Mehrheit derjenigen, die tatsächlich etwas zustande bringen könnten, endet, ohne solche Arbeit je überhaupt ausprobiert zu haben.