LED之父去世,8年前頒給LED的諾獎卻沒有他

羿閣 蕭簫 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

「頒給LED的諾獎卻沒頒給他,是一種不公。」

就在這幾天,LED之父去世了,享年93歲。

Nick Holonyak,第一位可見光LED的發明者,掀起了人類自愛迪生髮明電燈泡以來照明史的第二次革命。

——甚至可以說,沒有他這份發明,就沒有今天「遍地開花」的LED照明燈。

憑藉這一發明,他斬獲了無數獎項,老布什、小布什、日本天皇、普京都為他頒過獎,他的名字甚至被美國光學學會設立成獎項,頒給每年在半導體領域做出傑出貢獻的人。

但遺憾的是,這裡面唯獨少了諾貝爾獎。

2014年,諾貝爾物理學獎宣佈首次頒給LED領域,卻只頒給了3位發明藍光LED的科學家,沒有他這個「奠基人」的名字。

但如今回過頭看Nick Holonyak的經歷,又會發現他的某些「不同尋常」之處。

例如他之所以走上科研道路,是因為吃不了「打工人」的苦:

在一次連續加班30個小時後他「徹底破防」,又回過頭繼續進修學業,並一路獲得了學士、碩士和博士學位,在貝爾實驗室、美國陸軍通訊隊和通用電氣工作過,最後回到母校任教整整50年。

他還曾經在一次採訪中調侃:

半導體鐳射器的發明,在某種程度上歸功於幾十年前鐵路工作人員的苛刻工作量。

讓我們走進這位傳奇人物,看看他跌宕起伏的人生軌跡。

為LED取代白熾燈「埋下種子」

在Holonyak之前,已經有好幾位科學家做出了紅外LED,但可見光LED卻還沒有人做出來。

他先後遭遇了技術實用性兩個層面的質疑。

最初質疑來自技術層面。

與Holonyak一起工作的通用電氣(GE)同事,大多研究的也是紅外線半導體,如用砷化鎵等材料產生紅外光等。

當得知Holonyak要做可見光LED時,其他通用電氣的同時第一反應是「不可能」:

你不能這麼做。如果你是個化學家,你就會知道這行不通。

Holonyak在做出可見光LED後調侃:

幸好我是個工程師,不是化學家。

他創造性地將當時實驗室中研究固態光學的幾種材料(鎵、砷、磷等)結合在一起,創造出了一種名為磷砷化鎵(GaAsP)的材料,並以此為材料,製作出了世界上第一顆紅光LED

GaAsP

這也是人類歷史上首次在沒有加熱或燃燒材料的情況下產生可見光。

隨後,橫亙在他面前的是另一道質疑——那個年代,白熾燈作為照明設備已經十分流行。

Holonyak製作出的LED雖然能發出可見光,但發光效率卻極低,相比每瓦15流明的白熾燈,紅光LED每瓦只有0.1流明。

這種情況下,可見光LED能否商用都不好說,甚至還不清楚具體的用途。

對此Holonyak卻做出大膽預測,認為將來白熾燈一定會被LED所取代。

然而通用電氣公司卻並沒有重視這份成果。

(值得一提的是,通用電氣創立人之一正是發明出白熾燈的愛迪生

一怒之下,Holonyak離開通用電氣,來到UIUC(伊利諾伊大學香檳分校)建立了自己的實驗室,挑了一小撮電氣工程和物理專業的學生,來與自己一起研究可見光LED。

據了解,Holonyak一直將實驗室保持在一個較小的規模,目的是有足夠精力來教導每個學生、了解他們的想法。

Holonyak在實驗室

他的學生們也不負眾望。

其中一個名叫M.George Craford的學生,就在1972年研發出了摻雜氮的磷砷化鎵(GaAsP),發明了第一顆橙黃光LED,亮度達到先前紅光LED的10倍,標誌著LED向提高發光效率方向邁出了重要一步。

隨後,新材料不斷普及,可見光LED的光譜也拓展到了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色。

在1993年藍色LED出現後,可見光LED真正開始突飛猛進,如今已經成為我們生活中最常見的照明設備之一。

連續搬磚30小時後,他走上科研道路

除了最廣為人知的發明紅光LED,Holonyak的人生還有許多傳奇的經歷。

儘管他出生於美國伊利諾伊州,但他的父母都是來自東歐喀爾巴阡山脈的移民。

父親老家在深山裡,母親則是在山谷的孤兒院裡長大,兩人來到美國後才得以相識。

他們都沒有受過正規教育,雖然他的母親小時候曾在神父家裡當僕人,但也從未被教過認字,只有父親會寫一點字。

於是,在這樣的家庭中長大的Holonyak,母親對他上學的期待只是會讀書寫字就行,這樣好方便給在外地煤礦上班的父親寫信。

來源:伊利諾伊大學

順理成章的,高中畢業後Holonyak就不再讀書,選擇去中央鐵路工作,但他很快發現打工人的日子沒那麼容易(doge)。

在一次連續加班30小時後,他終於發現「自己不適合從事艱苦的工作」,下定決心用自己攢下的錢去上大學。

他考上了伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校,在1950年完成電氣工程學士學位後,又進一步攻讀了碩士、博士。

值得一提的是,在此期間,他成為了兩屆諾貝爾物理學獎獲得者John Bardeen的第一個研究生。

在John Bardeen的帶領下,Holonyak從事量子阱和量子阱鐳射器的研究,而這正是LED的核心技術之一。

Nick Holonyak和導師John Bardeen(來源:伊利諾伊大學)

就這樣,Holonyak一步步為紅光LED的發明奠定基礎。

1950年代,Holonyak致力於研究隧道二極體——儘管這個項目本身並沒有取得任何進展,但卻讓人們對砷化鎵的製作流程有了更多了解。

1960年,他創造了第一個可見的半導體鐳射器,現在被廣泛應用於DVD播放機、鐳射列印機、影印機和其他高科技產品上。

接下來的事,大家也都知道了,Holonyak在1962年發明了第一個可見光LED,並在一年後,選擇回到母校伊利諾伊大學擔任電機工程系教授,這一待就是50年。

2012年Nick Holonyak與學生交談(來源:伊利諾伊大學)

直到2013年退休,他指導了60名研究生的博士學位項目,許多學生後來都在光電子學領域做出了開創性的貢獻,其中5人還是國家工程院(NAE)的成員。

在這期間,他不僅發明了一種能在砷化鎵晶片中彎曲光的技術,為晶片通過光傳輸信號創造潛力;還開發了能轉換交流電、直流電的閘流體……

其中比較有代表性的,還要屬他發明的量子阱鐳射器和電晶體鐳射器。

1977年,Holonyak和他的學生展示了第一個量子阱鐳射器。這種新型鐳射器,能以最小的功率發射出非常集中的光,其光強是其他鐳射器的40倍,將鐳射二極體的性能提升到了一個新的水平。

現在,量子阱鐳射器已經被廣泛應用於光纖、CD和DVD播放機以及醫療診斷設備。

2004年,Holonyak和Milton Fang教授又有了一個想法,將電晶體和鐳射器同時結合起來,以更快地提升信號處理速度。由此,電晶體鐳射器應運而生。

但令很多人遺憾的是,做出如此多科研成果的Holonyak卻沒有得到應有的榮譽——諾貝爾獎。

與諾貝爾獎失之交臂

可見光LED技術,並非沒有獲得諾貝爾獎的潛力。

2014年,諾貝爾物理學獎宣佈頒給可見光LED,然而Holonyak卻沒有在獲獎名單上看到自己。這一獎項最終頒給了3位發明藍色LED的科學家,分別是赤崎勇、天野浩和中村修二。

評獎委員會給出的理由是:

很長時間裡(超過30年),我們都只有紅光到綠光波段的LED。沒有藍光LED,就無法制造出白色燈光。他們在20世紀90年代初期從半導體中獲得了第一道藍光,使得白光二極體燈成為可能。

這在當時遭到過一些質疑,認為這個獲獎領域不該將一系列奠基人忽視得這麼徹底。

Holonyak對此公開發表過回應:

認為「總有人欠你什麼」這種觀點,其實蠻可笑的。歸根結底,活著已經是一種幸運。

但這並不意味著他不在意此事

但這並不意味著他不在意此事。

E&T雜誌曾在2014年諾獎宣佈當天,對Holonyak進行過採訪,彼時他已有數十項專利在身,獲得的獎項更是不計其數:

我無法解釋為何我不在LED諾獎獲獎名單上。我認為他們(委員會)同樣回答不了這個問題。

……如果沒有我和其他人在20世紀60年代早期的工作,藍色LED也不會出現。

事實上,Holonyak對光學做出的貢獻一直有目共睹。

早在1997年,美國光學學會就專門以他的名字設立了Nick Holonyak, Jr. Award這一獎項,頒給每年對半導體光學做出重大貢獻的科學家。

2014年的LED諾獎獲獎人之一中村修二,2001年時也曾經獲得此獎。

然而,如今隨著他的離世,諾貝爾獎理論上與Holonyak再無緣分,這一獎項原則上「只頒給在世的科學家,激勵他們繼續做出貢獻」。

對此UC柏克萊教授馬毅表示:

LED的諾貝爾獎沒有發給第一個發明LED的人實在是對Nick的不公。

文遠知行CEO兼聯合創始人韓旭也對他表示悼念:

但無論如何,當我們看見紅綠燈、或是任何紅色LED時,或許會想起當年這位推動了光學革命的科學家。

參考連結

參考連結:

[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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