- Kırmızı ve yeşil LED’ler 1960’larda ortaya çıkmış olsa da, mavi LED eksik olduğu için RGB ile beyaz ve tüm renkleri üreten aydınlatmaya geçiş onlarca yıl gecikti
- Mavi ışık daha büyük bir band gap gerektiriyordu; zinc selenide ve gallium nitride ise p tipi uygulama, kristal kusurları ve çıkış gücü sınırları nedeniyle ticarileştirmesi zor malzemelerdi
- Nichia’dan Shūji Nakamura, ana akım zinc selenide’a yönelmişken gallium nitrideı seçti; MOCVD ekipmanını değiştirerek ve two-flow reactor ile kristal kalitesi sorununu aştı
- Ardından magnesium katkılı gallium nitride’ın annealing işlemini, indium gallium nitride aktif katmanını ve aluminum gallium nitride engelleme katmanını birleştirerek 450 nm, 1.500 mikrowatt çıkışlı parlak mavi LED’i tamamladı
- Nichia 1994’te ayda 1 milyon adet üretime, 1996’da ise beyaz LED’e genişledi; LED aydınlatma 2010’da dünya genelindeki konut aydınlatması satışlarının %1’inden 2022’de yarısından fazlasına çıktı
Mavi LED neden aydınlatma devriminin son parçasıydı
- LED’in rengi plastik kapaktan değil, elektron yapısından gelir
- Şeffaf bir LED de aynı kırmızı renkte ışık yayabilir
- Kılıf daha çok LED’leri ayırt etmeye yarar
- 1962’de General Electric’ten Holonyak ilk görünür ışık LED’ini yaptı; bu LED soluk kırmızı yanıyordu
- Daha sonra Monsanto mühendisleri yeşil LED’i yaptı, ancak LED’ler onlarca yıl boyunca kırmızı ve yeşille sınırlı kaldı
- Mavi LED mümkün olduğunda kırmızı, yeşil ve maviyi karıştırarak beyaz ve tüm renkler üretilebilirdi
- Ampuller, telefonlar, bilgisayarlar, TV’ler, elektronik panolar gibi aydınlatmanın geneline LED’ler yayılabilirdi
- 1960’lardan itibaren IBM, GE, Bell Labs gibi büyük elektronik şirketleri mavi LED geliştirmeye girişti, ancak binlerce araştırmacı da başarıya ulaşamadı
- Monsanto’daki bir direktör, LED’lerin mutfak aydınlatmasının yerini alamayacağını; yalnızca ev aletlerinde, otomobil gösterge panellerinde ve stereo gösterge ışıklarında kullanılacağını düşünüyordu
LED’in ışık üretme prensibi
- Akkor ampul, tungsten filamandan akım geçirerek onu ısıtır ve bunun sonucunda ışık üretir
- Yayılan elektromanyetik radyasyonun çoğu kızılötesi, yani ısıdır
- Görünür ışık çok küçük bir oranda kalır
- LED, adındaki light emitting diode ifadesinden de anlaşılacağı gibi esas olarak ışık üreten bir cihaz olduğundan çok daha verimlidir
- Diyot, iki elektrodu olan ve akımın yalnızca tek yönde akmasını sağlayan bir cihazdır
- Yarı iletkende atomlar katı oluşturduğunda elektron enerji düzeyleri sık bir enerji bandı yapısı oluşturur
- Elektronların bulunduğu en yüksek bant valence band’dir
- Onun üstündeki bant conduction band’dir
- İki bant arasındaki enerji farkı band gap’tir
- Saf yarı iletkenlerin tek başına kullanışlılığı sınırlı olduğundan, kafese safsızlık atomları eklenen doping gerekir
- silicon’a phosphorus eklendiğinde fazladan elektron oluşur ve n tipi yarı iletken elde edilir
- silicon’a boron eklendiğinde hole oluşur ve p tipi yarı iletken elde edilir
- p tipi ve n tipi yan yana getirildiğinde elektronlar ve hole’lar birbirine doğru difüze olur ve depletion region oluşur
- Pil ters bağlanırsa depletion region büyür ve akım akmaz
- Doğru polariteyle bağlanırsa depletion region küçülür ve elektronlar n tipinden p tipine akar
- Elektron conduction band’den valence band’deki hole’a düştüğünde band gap enerjisi photon olarak yayılabilir
- Bu enerji değişimi ışık olarak ortaya çıkar; LED’in çalışma prensibi budur
- band gap’in büyüklüğü yayılan ışığın rengini belirler
- silicon’un band gap’i 1,1 eV olduğundan yayılan photon görünür ışık değil kızılötesidir
- Bu tür LED’ler TV kumandalarında kullanılır ve kamerayla yakalanabilir
- Mavi ışık photon’u daha yüksek enerji gerektirdiği için daha büyük band gap gerekiyordu; mavi LED’i zorlaştıran da buydu
Nichia ve Nakamura’nın kumarı
- Shūji Nakamura, Japonya’daki küçük kimya şirketi Nichiada çalışan bir araştırmacıydı
- Nichia, kırmızı ve yeşil LED üretiminde kullanılan yarı iletkenlerin üretimine genişlemişti; ancak 1980’lerin sonunda yarı iletken bölümü zor durumdaydı
- Daha oturmuş şirketlerle kalabalık bir pazarda rekabet ederken geride kalıyordu
- Genç çalışanlar Nakamura’dan yeni ürün geliştirmesini istiyor, kıdemli çalışanlar ise araştırmasını para israfı olarak görüyordu
- Nakamura’nın laboratuvarı çoğunlukla kendi topladığı ve kaynak yaparak ürettiği ekipmanlardan oluşuyordu
- Phosphorus sızıntıları nedeniyle patlamalar o kadar sık oluyordu ki meslektaşları artık kontrol etmeye gelmiyordu
- 1988’de yöneticileri araştırmadan hayal kırıklığına uğrayıp Nakamura’ya işi bırakmasını söyledi; o ise kurucu ve başkan Nobuo Ogawa’ya mavi LED geliştirmeyi önerdi
- Ogawa, Nakamura’nın projesine 500 milyon yen, yaklaşık 3 milyon dolar ayırdı
- Bunun şirketin yıllık kârının yaklaşık %15’i olduğu tahmin ediliyor
- Nakamura, Florida’daki bir laboratuvarda MOCVD öğrenmeye karar verdi
- MOCVD, sıcak bir hazneye kristal malzemelerin buhar moleküllerini enjekte ederek substrate üzerinde katman oluşturan ekipmandır
- Temiz kristalleri seri üretmek için kritik bir teknoloji olarak kullanılıyordu ve bugün de kullanılıyor
- Kristal katmanlar bazen yalnızca birkaç atom kalınlığında olmak zorundadır; kararlı ve pürüzsüz kristal elde etmek için substrate kafesi ile üzerinde büyüyen kristal kafesinin iyi uyum sağlaması gerekir
- Florida’da Nakamura çalışan bir MOCVD kullanamadı ve 12 ayın 10 ayını yeni bir sistem kurmakla geçirdi
- Nichia makale yayımlamasına izin vermediği için Nakamura’nın doktorası da makalesi de yoktu; PhD araştırmacıları ona düşük seviyeli bir teknisyen gibi davranıyordu
- 1989’da Japonya’ya dönen Nakamura’nın elinde Nichia için yeni MOCVD reactor siparişi ve doktora alma konusunda güçlü bir kararlılık vardı
- O dönemde Japonya’da üniversiteye gitmeden 5 makale yayımlayanlar PhD alabiliyordu
- Mavi LED’de başarısız olsa bile PhD elde edebileceği bir alternatif oluştu
Ana akımın göz ardı ettiği gallium nitride seçimi
- 1980’lere gelindiğinde mavi LED adayları büyük ölçüde zinc selenide ve gallium nitride olarak daralmıştı
- zinc selenide daha umut verici bir seçenek gibi görünüyordu
- MOCVD’de gallium arsenide substrate üzerinde büyütüldüğünde kafes uyumsuzluğu yalnızca %0,3’tü
- Kristal kusurları santimetrekare başına yaklaşık 1.000 adetti ve LED çalışması için üst sınırın içindeydi
- Ancak n tipi zinc selenide birkaç yöntemle yapılabilse de p tipi yapılamıyordu
- gallium nitride çoğu araştırmacının vazgeçtiği bir malzemeydi
- sapphire substrate ile kafes uyumsuzluğu %16’ydı
- Kusur sayısı santimetrekare başına 10 milyarı aşıyordu
- silicon ile n tipi yapılabiliyordu ama p tipi hâlâ büyük bir problemdi
- Ticari bir mavi LED’in toplam ışık çıkışının en az 1.000 mikrowatt olması gerekiyordu; mevcut prototype’lar bunun iki basamak altındaydı
- Nakamura, tek başına 5 makale çıkarması gerekiyorsa rekabetin daha az olduğu gallium nitride’ın daha iyi olduğuna karar verdi
- Japonya’nın en büyük uygulamalı fizik konferansında zinc selenide sunumlarına 500’den fazla kişi katılıyordu
- gallium nitride sunumlarına ise yalnızca 5 kişi katılıyordu
- Bu 5 kişinin arasında gallium nitride uzmanı Akasaki ve onun eski yüksek lisans öğrencisi Hiroshi Amano da vardı
- Akasaki ve Amano, sapphire üzerinde doğrudan gallium nitride büyütmek yerine önce aluminum nitride buffer layer büyüterek bir atılım yaptı
- aluminum nitride, sapphire ile gallium nitride arasında bir kafes aralığına sahipti; bu da daha temiz gallium nitride kristalleri yapmayı kolaylaştırıyordu
- Ancak aluminum, MOCVD reactor’da sorun çıkarıyor ve sürecin ölçeklenmesini zorlaştırıyordu
Kristal, p tipi ve parlaklıkta art arda gelen üç atılım
- Nakamura başlangıçta yeni MOCVD reactor’da gallium nitride’ı düzgün büyütemedi
- 6 ay sonra ekipmanı söktü ve kendi elleriyle daha iyi bir sürüm yapmaya başladı
- Her gün sabah 7’de laboratuvara geliyordu
- Sabahları kaynak, kesim ve kablolama değişiklikleri yapıyordu
- Öğleden sonra modifiye edilmiş reactor ile deney yapıyordu
- Akşam 7’de eve dönüp yemek, yıkanma ve uyku döngüsünü tekrarlıyordu
- Japonya’nın önemli tatillerinden New Year’s Day dışında hafta sonu ve tatil yapmadan çalışıyordu
- Bir buçuk yıl sonra, 1990 kışında Nakamura’nın gallium nitride sample’ı, sapphire üzerinde doğrudan büyütülen mevcut gallium nitride’a göre elektron hareketliliği bakımından 4 kat daha yüksekti
- Kilit nokta, MOCVD reactor’a ikinci bir nozul eklemesiydi
- gallium nitride reaksiyon gazının sıcak haznede yukarı çıkıp havada karışarak toz atığa dönüşmesi sorunu vardı
- İkinci nozul aşağı yönlü inert gas akışı göndererek ilk akışı substrate’e bastırıyor ve düzgün kristal oluşmasını sağlıyordu
- Bilim insanları ikinci akışın turbulence’ı artıracağını düşünüp bundan kaçınmıştı; Nakamura ise özel nozulla akışı laminar tuttu
- Buna two-flow reactor adını verdi
- two-flow tasarımı sayesinde Nakamura aluminum nitride yerine gallium nitride’ın kendisini sapphire substrate üzerinde buffer layer olarak kullanabildi
- Üzerinde daha temiz gallium nitride kristalleri yaptı ve aluminum sorunundan da kaçındı
- Şirket içi baskı giderek arttı
- Nichia’nın kurucusu Nobuo Ogawa başkanlıktan yönetim kurulu başkanlığına geçti, damadı Eji Ogawa CEO oldu
- Matsushita’dan bir yönetici Nichia’da zinc selenide’ın geleceğin yolu olduğunu, gallium nitride’ın geleceği olmadığını söyledi
- Aynı gün Eji, Nakamura’ya gallium nitride çalışmalarını derhal durdurmasını isteyen bir not gönderdi
- Nakamura bu notu, sonraki talimatları ve telefonları görmezden geldi
- Nakamura, Nichia’dan gizlice two-flow reactor araştırmasını yayımladı; bu onun ilk makalesi oldu
- İkinci engel p tipi gallium nitride idi
- Akasaki ve Amano, magnesium katkılı gallium nitride’ı electron beam’e maruz bırakarak dünyanın ilk p tipi gallium nitride’ını yaptı
- Ancak neden çalıştığını bilmiyorlardı ve her kristali electron ile ışınlama süreci ticari üretim için çok yavaştı
- Nakamura electron beam’in aşırı olduğunu düşündü ve magnesium katkılı gallium nitride’ı 400°C’ye ısıtan annealing işlemini denedi
- Sonuç tamamen p tipi bir sample’dı
- electron beam sample yüzeyini p tipi yapıyordu; ısıtma ise daha iyi çalıştı ve hızla ölçeklenebilir bir süreçti
- Bu çalışma p tipi gallium nitride’ın neden zor olduğunu da ortaya çıkardı
- MOCVD’de nitrogen kaynağı olarak kullanılan ammonia hydrogen da içerir
- hydrogen atomları magnesium ile bağlanarak hole’ları engelliyordu
- Enerji eklendiğinde hydrogen malzemeden çıkıyor ve hole’lar yeniden serbest kalıyordu
- 1992’de St. Louis workshop’unda Nakamura mavi LED prototype’ını sundu ve ayakta alkışlandı
- Ancak renk blue-violet’a yakındı ve ışık çıkışı 42 mikrowatt’ta kalıyordu; pratik eşik olan 1.000 mikrowatt’ın altındaydı
- Üçüncü engel ışık çıkışını artırmaktı
- LED verimini artırmanın bilinen yolu, p-n junction’da active layer denen ince bir katman oluşturarak band gap’i biraz azaltmaktı
- gallium nitride için en uygun active layer’ın indium gallium nitride olduğu biliniyordu
- Bu katman band gap’i aşmayı kolaylaştırıyor ve blue-violet’ı true blue’ya ayarlayabiliyordu
- Amano, gallium nitride ile indium nitride’ın su ve yağ gibi karışmadığının düşünüldüğünü hatırlıyor
- Nakamura, kendi değiştirebildiği MOCVD reactor’dan yararlanarak mümkün olduğunca çok indium’u gallium nitride üzerine itti ve temiz indium gallium nitride kristalleri elde etti
- active layer LED’e konduğunda well o kadar iyi çalıştı ki electron’lar taşıp gallium nitride layer’a sızdı
- Birkaç ay içinde aluminum gallium nitride üreterek band gap’i daha büyük bir engelleme katmanı olarak kullandı
- Bu katman electron’ların well içine girdikten sonra dışarı çıkmasını engelledi
Ticarileşme, tazminat anlaşmazlığı ve LED aydınlatmanın yayılması
- 1992’de Nakamura parlak mavi LED’i tamamladı
- daylight’ta bile görülebilecek kadar parlaktı
- Işık çıkışı 1.500 mikrowatt’tı
- Dalga boyu tam olarak 450 nm idi
- O dönemin piyasadaki pseudo-blue LED’lerinden 100 kattan fazla parlaktı
- Nichia, Tokyo’da dünyanın ilk true blue LED’ini duyuran bir basın toplantısı düzenledi ve elektronik sektörü sarsıldı
- Nichia üzerindeki iş etkisi hemen görüldü
- Siparişler yağdı ve 1994 sonunda ayda 1 milyon blue LED üretiyordu
- 3 yıl içinde şirket geliri neredeyse ikiye katlandı
- 1996’da Nichia, mavi LED’in üzerine yellow phosphor ekleyerek white LEDe genişledi
- Bu kimyasal blue photon’ları soğurup görünür ışığın geneline yayılan geniş bir spektrum olarak yeniden yayıyordu
- Nichia kısa süre sonra dünyanın ilk white LED’ini sattı
- Sonraki 4 yılda Nichia’nın geliri yeniden ikiye katlandı
- 2001’de gelir yıllık 700 milyon dolara yaklaştı
- %60’tan fazlası blue LED ürünlerinden geliyordu
- Bugün Nichia, yıllık geliri milyarlarca dolar olan büyük LED üreticilerinden biri
- Nakamura’nın aldığı karşılık sınırlıydı
- Maaşı ikiye katlandıktan sonra 60.000 dolardı
- Patent başına bonus 170 dolardı
- 2000’de Nakamura, Nichia’da 20 yıldan fazla çalıştıktan sonra ABD’ye gitti
- Cree’ye danışmanlık yapmaya başladı
- Nichia, şirket sırlarını sızdırdığını iddia ederek ona dava açtı
- Nakamura, buluşu için uygun karşılığı almadığını söyleyerek 20 milyon dolar talep eden karşı dava açtı
- 2001’de Japon mahkemesi Nakamura lehine karar vererek Nichia’ya ilk talebin 10 katını ödemesini emretti
- Nichia temyize gitti ve dava sonunda 8 milyon dolarlık ödemeyle uzlaşıldı
- Bu tutar ancak Nakamura’nın hukuk masraflarını karşılayacak düzeydeydi
- Mavi LED artık 80 milyar dolarlık bir sektörün parçası
- Ev aydınlatması, sokak lambaları, telefonlar, bilgisayarlar, TV’ler, trafik ışıkları ve ekranlarda kullanılıyor
- Ekranlardaki blue light’ın circadian rhythm’i bozabileceği uyarıları da gallium nitride blue LED ile bağlantılı
- Aydınlatma amaçlı LED bulb, incandescent veya fluorescent bulb’lara göre daha verimli, çok daha uzun ömürlü, kullanımı daha güvenli ve tamamen özelleştirilebilir
- white LED’in ortaya çıkışından 30 yıl sonra üst seviye bulb’lar 50.000 farklı white shade seçeneği sunabiliyor
- Fiyatlar diğer ampullerden yalnızca birkaç dolar daha yüksek seviyeye indi
- Ortalama günlük kullanım ve elektrik ücretlerine göre ek maliyet yaklaşık iki ayda geri kazanılabiliyor
- LED aydınlatma satışları hızla arttı
- 2010’da dünya genelindeki konut aydınlatması satışlarında LED’in payı %1’di
- 2022’de yarıyı geçti
- Uzmanlar önümüzdeki 10 yıl içinde neredeyse tüm aydınlatma satışlarının LED olacağını tahmin ediyor
- Aydınlatma toplam karbon emisyonlarının %5’ini oluşturuyor
- LED’e tamamen geçilirse 1,4 milyar ton CO2 tasarrufu sağlanabileceği tahmin ediliyor
- Bu, dünyadaki otomobillerin neredeyse yarısını yollardan kaldırmaya eşdeğer
Nakamura’nın sonraki araştırmaları ve gördüğü takdir
- Nakamura bugün yeni nesil LED’ler olan micro LED ve UV LED üzerinde çalışıyor
- Standart LED boyutunun 300×200 mikron, en küçüğünün ise 5 mikron olduğu söyleniyor
- İnsan saçının kalınlığıyla karşılaştırılacak kadar küçük
- near-eye display, AR ve VR’de kullanılabilir
- UV LED, hastane veya mutfak yüzeylerini sterilize etmek için kullanılabilir
- UV light açıldığında patojenler birkaç saniye içinde ölebilir
- COVID-19 döneminde UV LED şirketlerinin hisseleri hızla yükseldi; çünkü insanlar bunların COVID-19 sterilizasyonunda kullanılmasını bekliyordu
- Işık yayan diyotlarda indium gallium nitride kullanılırken UV için band gap’i daha büyük aluminum gallium nitride kullanılır
- UV LED çalışıyor, ancak maliyet sorun
- Verim %10’un altında ve maliyet çok yüksek
- Verim %50’yi aşarsa maliyet mercury lamp ile neredeyse aynı seviyeye gelebilir
- Nakamura yakın zamanda bir nuclear fusion şirketi de kurdu ve fiziğe ilgi duyduğunu söylüyor
- 2014’te Nakamura, Akasaki ve Amano mavi LED’i geliştirdikleri için fizik ödülü aldı
- Nakamura daha sonra Nichia’nın araştırmasını desteklemesine açıkça teşekkür etti ve ziyaret ederek barışmayı önerdi; ancak Nichia bunu reddetti ve ilişkiler hâlâ soğuk kaldı
- Nakamura 1994’te blue LED’i duyurana kadar 15’ten fazla makale yayımladı ve sonunda mühendislik doktorası aldı
- Bugün 900’den fazla makale yayımlamış durumda
- En sevdiği rengin mavi olduğunu, çocukken yaşadığı balıkçı köyündeki evinin önündeki denizin hep mavi olduğunu söylüyor
1 yorum
Hacker News yorumları
Gerçekten harika bir hikâyeydi. Bugün mavi LED’e sahip olmamız, bir kişinin her şeyini ortaya koyup bunu sonuna kadar zorlaması sayesinde; bazen gerçekten çok şeyin tek bir kişiye bağlı olabilmesi şaşırtıcı.
Ayrıca o araştırmacının fiilen elektromekanik beceri kazanmış olması sayesinde mümkün oldu. Böyle beceriler daha yaygın olsaydı neleri daha hızlı başarabileceğimizi insan merak ediyor.
Doktora derecesi olmadığı için zorlanmasının nedeni, büyük ölçüde meslektaşlarının farklı türden becerilerin değerini gerektiği gibi takdir etmemesiydi.
Tanıdığım bir kimya profesörü bu tür şeyleri önemli görür. Parça ve ekipman deposu vardır; ucuz ve ilgili ekipman bulma fırsatı çıktığında alır.
Öğrenciler çoğu zaman ihtiyaç duydukları ekipmanı kendileri yapar. Bilimsel sınıf kalitesinde olmayabilir ama araştırma yönünü doğrulamak ya da daha sonra resmî ekipman satın alımını/erişimini gerekçelendirmek için genellikle yeterlidir.
Bu öğrenciler elde ettikleri değerin farkındadır; bu da mavi LED’i yapan kişide görülen değerle aynıdır. Bağımlılığı çok daha fazla azaltır, daha doğrudan inisiyatif ve kontrol sağlar.
Tarihsel olarak da dayandığımız ve mühendislikte kullandığımız bilimsel anlayışın önemli bir kısmı, yalnızca düşünüp gözlemlemekle kalmayıp bizzat bir şeyler yapabilen insanlardan geldi; buna hesaplama becerisini de eklemek gerekir.
Akademide, kamu araştırmalarında ve özel sektör araştırmalarında bu yaklaşımın çok daha fazla olması gerekiyor.
Sonunda, yalnızca akkor ampullerin değil LED aydınlatmanın da gerçek anlamda Edison tarzı bir çabayla mümkün olduğu ortaya çıkıyor.
1980’lere kadar endüstriyel araştırmalarda ekipmanla çalışma biçimi bugünkünden farklıydı. Exxon veya Shell gibi bol kaynaklı enerji şirketleri, laboratuvarlarını yeniden düzenlerken ya da ekipman değiştirirken ikinci el ekipmanları fazlalık depolarına yığar; ortalama 5-10 yıl sonra bunlar hurdaya ayrılacak şekilde etiketlenirdi.
Eskiden sorumlu araştırmacıların yeni ekipman talep etmeden önce devasa depolarda işe yarar bir şey araması beklendiğinden bunlar kaynak olarak saklanırdı. Ama artık kimse bunu yapmıyordu; enerji fiyatları fırlamıştı ve petrol şirketlerinin parası bol olduğu için yıllardır sadece yeni ekipman alıyorlardı.
Depolar büyüktü ama sonunda doluyordu; düzenli olarak yer açmak gerektiğinden ekipmanlar açık artırmayla satılıyordu. Satış günü nakit, olduğu gibi, bulunduğu yerde, hiçbir garanti yok.
Ben o depolardan geçen eşyaların çok küçük bir kısmını bile dikkatle seçip almış olsam da, bu genelde bir doktoralı araştırmacının kariyeri boyunca kullanabileceği ekipman tonajının birkaç katıydı.
Birçok doktoralı araştırmacı ekipmana bizzat dokunmak istemez, bunu stajyere yaptırır. Bu yüzden laboratuvarda bilimsel olarak en ileri düzeydeki kişinin el becerisinden yararlanması da nadirdir; tersine, elle çalışmada en yetkin kişinin bu yeteneğinin bilimsel olarak azami ölçüde değerlendirilmesi de nadirdir.
O dönemde laboratuvarıma gelen o taraftan insanlarla, araştırmacı olmayan müşterilerle işbirliği yaptım; üzerinde asıl sahibinin envanter etiketi bulunan ikinci el ekipman kullanmaktan utanılacak bir şey yoktu. Aksine, kendi kurum içi çalışmalarıyla aynı ya da daha iyi performansı sürekli doğruladık.
Kendi şirketlerinin fazla ekipmanını kullanmayı ya da depolarda ne kadar ezici miktarda malzeme olduğunu görmek için aşağı inmeyi bile düşünmüyorlardı. Kültürleri buna uygun değildi.
Videonun gerçekten çok iyi hazırlanmış olduğunu düşünüyorum. Bilimi halka uygun bir düzeyde erişilebilir biçimde aktarmak zor; Derek bunu harika başarmış.
Yaklaşık 4. dakikadaki LED açıklaması özellikle iyiydi. Yarı iletken fiziğine aşina biri, bu açıklamanın gerçeği ne kadar iyi modellediğini söyleyebilir mi?
Elektronun çevresindeki atomları “hissettiği” söylendiğinde, bunun malzemenin kristal, yani düzenli ve sıralı bir yapıya sahip olmasından doğan bir sonuç olduğu kastediliyor. Bu düzenli yapı periyodik potansiyel oluşturur; bu Schrödinger denklemine konur ve dalga fonksiyonuna süreklilik koşulları ile öteleme simetrisi uygulanır.
Bu koşullar altında Schrödinger denkleminin çözümleri hesaplandığında izinli ve yasak enerji seviyeleri ortaya çıkar; kristal örgü içinde enerji ile momentum arasındaki ilişki de belirir. Kronig-Penney Modeli'nin Wikipedia sayfasını okursanız süreci takip edebilirsiniz.
Bu, periyodikliğe bağlı olduğu için kristal içindeki yöne göre değişebilir. Yine de açıklama hatalı değil; çünkü yarı iletken aygıtlar büyütülürken akımın istenen yönde akması için kristal yönelimi hizalanır, dolayısıyla bant aralığını tek bir sayı olarak gören basitleştirilmiş sonuç geçerlidir.
Bir potansiyel ya da gerilim uygulandığında bandın aşağı doğru eğilmesi tasviri de yarı iletken aygıt diyagramlarında potansiyel değişiminin çizilme biçimiyle iyi örtüşüyor. Streetman and Banerjee'nin Solid State Electronic Devices kitabına bakabilirsiniz.
Yarı iletken davranışına harika bir giriş; ancak başkalarının da söylediği gibi doğrudan bant aralığı ve dolaylı bant aralığı gibi çok önemli bir ayrıntıyı atlıyor. Videoda eksik bırakılan nokta, kristalin son derece düzenli ve tekrarlı bir yapı olmasına rağmen her yönden aynı görünmemesidir. Bu yüzden tek bir bant aralığı yoktur; baktığınız kristal yönüne göre birden fazla bant aralığı vardır.
Yönün neden önemli olduğunu sorabilirsiniz; burada yeniden kuantum mekaniğinin derinliklerine giriyoruz. Bir yarı iletkende tek bir foton soğurulduğunda hem momentumun hem enerjinin korunması gerekir. Silicon bant aralığı mertebesindeki bir fotonun momentumu çok küçüktür; oda sıcaklığındaki iletim elektronlarının momentumu ise çok daha büyüktür. Bu yüzden, biraz basitleştirirsek, foton soğurulmasıyla gerçekleşen geçiş momentum değişimi olmadan olur ve yalnızca belirli bir kristal yönündeki bant yapısını ve buna karşılık gelen serbest taşıyıcıları görürsünüz.
Özellikle Silicon dolaylı bant aralığına sahiptir; en düşük enerjili iletim bandı elektronu ile değerlik bandı boşluğunun momentumları farklıdır. Bunun sonucu olarak dedektör yapmak için foton soğurabilir, ama LED gibi verimli biçimde foton yayacak hale getirilemez. Video bu noktada hatalı.
Ancak videonun ana konusu GaN malzeme sistemindeki mavi LED ve GaN kesinlikle doğrudan bant aralıklı bir malzeme olduğu için bu büyük bir sorun değil. Birisi saf Silicon ile üretilebilir bir ışık yayan aygıt yaparsa, optik bilişim ve fotonik alanında mutlak bir devrim olur. En az 20 yıldır kutsal kâse gibi deneniyor.
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
“Milyarlarca dolarlık gelir için teşekkürler, ama GaN ile mavi LED sorununu çözmeye çalışma demiştim, hatırlıyor musun? Al, patent ücretin olan 147 doları al ve masanı boşalt. Kovuldun” gibi bir durum.
Arama becerim yetersiz olduğu için pek bulamayacağım, ama şu röportajı buldum:
https://www.jsap.or.jp/jsapi/Pdf/Number02/Interview.pdf
Son röportajda Nakamura'nın deniz manzaralı bir balıkçı köyünde büyüdüğünü ve bu yüzden maviyi sevmeye başladığını anlatan kısmı sevdim.
1990’larda mavi LED piyasaya çıktıktan sonra, 10 yıl bile geçmeden elektronik mağazalarında birkaç dolarlık vitrin ürününe dönüştü.
O sıralarda web tabanlı bilgisayar teknisyenleri toplulukları da büyük ölçüde büyüdü; web forumları gibi yerler.
Bu tesadüfi karşılaşma, ilk görüşte aşka dönüştü. Şimdi bakınca sadece 20 yıl önce olmasına rağmen, 2000–2005 civarındaki birkaç yıl boyunca bilgisayar nerd kültürünün vazgeçilmez modası mavi LED çılgınlığıydı.
Elit, son teknoloji, nadir ve inanılmaz teknik hissettiriyordu. Pencereli PC kasalarına bolca LED koyup soğuk katot tüplerle gösterişli biçimde aydınlatmayı, fareleri, hoparlörleri ve türlü elektronik cihazları özenle maviye çevirmeyi düşününce şimdi gülünç geliyor.
Birkaç yıl daha geçip 2005 civarından itibaren ticari pazar bu modayı alıp sıkıcı ve demode hâle getirdi. Hacker’lar ve overclocker’lar artık ilgilenmiyordu; hatta ultra parlak LED’ler can sıkıcı olmaya başlamıştı.
Yaklaşık 5 yıl içinde modifikasyon kültüründeki mavi LED modası başladı, zirve yaptı, ticarileşti ve baş belasına dönüştü. O noktada göz alan modifikasyonları başka bir mavi ürünle, yani Blu-Tack ile alelacele kapatmaya başladık.
Mavi LED ile hacker kültürünün bu kısa kesişimi sonunda nereye gitti? Ticari pazarda ışıklı bilgisayar donanımlarındaki “RGB” akımına dönüştü. RGB fanlar, RGB kasalar, ekran kartlarındaki RGB paneller gibi. Yine de mavi LED’in hâlâ epey havalı olduğunu düşünüyorum.
https://en.wikipedia.org/wiki/Blu_Tack
O kadar sinir bozucuydu ki çeşitli bantlarla kapatırdım. O dönemin bitmesine sevindim.
Bu yüzden eski ofisteki dekoratif aydınlatmayı hiçbir zaman anlayamamıştım.
Farklı renklerde küçük ışıkların serpiştirildiği bir duvardı; gömme LED kullanmaları sorun değildi. Ama renkli LED’lere nötr bir difüzör takmak yerine, beyaz ışık üretmek için kırmızı+yeşil+mavi üçlü LED kullanmışlar, önüne de yeniden kırmızı/yeşil/mavi plastik koyup ışığı tekrar renklendirmişlerdi.
Montajın ya da bakımın daha ucuz olabileceğini anlıyorum; ama birbirinin işini geri alan parçalardan oluşan bir sistem görünce her zaman içimde bir direnç oluşuyor. Teknolojiye saygısızlık gibi geliyor.
Technology Connections son 5 yılda, tatil ışıklarında kullanılan mavi LED’lerden hoşlanmamasını merkeze alan 3 video yaptı. Sanırım sadece 2 yıl önceki videoyu izlemiştim ama artık görmemeye çalışsam da gözüme batıyor.
Mavi renk düpedüz fazla mavi. Tamamı mavi ışık setlerine bakmak neredeyse katlanılmaz. Doğrusu beyaz ışığın üstüne mavi plastik geçirmek.
https://youtu.be/PBFPJ3_6ZWs?si=sTeRrqQ5umHsNCgz
https://youtu.be/cQgcTkXacAc?si=CDj0G9Sh7S-wbLjN
https://youtu.be/va1rzP2xIx4?si=cAp65hnmwtkrXgDc
Azim ve pes etmemek üzerine şaşırtıcı ve ilham verici bir hikâye.
https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/595d3fb837c581...
Ancak Nichia Corp’un Nakamura’ya ne kadar minnet bilmez davrandığı gerçekten sinir bozucu. Her türlü engeli aşıp şirket gelirinin %65’inden fazlasını mümkün kılan güçsüz taraftı sonuçta.
O dönemin Nichia CEO’su gibi, şirketi akrabalıkla devralmış bir yeğenin amcasının başarılı yöntemini çöpe atması türünden insanlar gerçekten aptalca davranıyor. Böyle hayal gücünden yoksun rakam oyunları ve küçük hesapçılık her adımda çelme takmasına rağmen başarıldı; onların sayesinde değil, onlara rağmen oldu.
İtaatsizliğe ek olarak üstünü aptal gibi göstermiş oldu. Elbette dinlediğimizin yalnızca Nakamura’nın tarafı olduğu da epey açık.
İlk 10 dakika, iletkenler, yalıtkanlar ve yarı iletkenler hakkında gördüğüm en iyi açıklama. Geri kalanı ise içine bilim serpiştirilmiş sürükleyici bir insan hikâyesiydi.
Maker ve deneyci ruh güçlü biçimde hissediliyordu; sonlarda iklim değişikliği ve nükleer füzyon alanındaki insanlar için de bir cümle var.
Bu video, yetişkin hâlim için çocukken Back to the Future neyse o. İhtiyaç duyulan her şey içinde var.
Bu video bana birkaç yıl önceki bir mülakatı hatırlattı. Tokyo’daki ilginç bir robotik startup’ıyla görüşmüştüm; ben yüksek lisanslıyım, diğer aday doktoralı diye elendim.
O işin yıllık maaşı 65 bin dolardı, hisse neredeyse yoktu ve yan haklar da çok azdı. Birkaç hafta sonra San Francisco’da toplam paketi 250 bin doların üzerinde olan, yan hakları da bol bir iş buldum.
Japonya’da mühendis ücretleri oldukça düşük ve çalışanı öğüten iş kültürü klişesi hâlâ doğru.
Üstelik bunların çoğu akıcı İngilizce de konuşuyor. Bay Area’da yarı çalışma süresiyle iki katını kazanabilirler.
Buradaki çeşitli ifadeleri ödünç alırsak: “Mavi LED’e sahip olmamız, bir kişinin ciddi bir muhalefete rağmen kendi fikrine hayatının yıllarını yatırması sayesinde” oldu.
Bu bizim için harika bir şey, ama bu başarının gerçek maliyetini de görmemiz gerekiyor. Muhtemelen yüzlerce, belki de binlerce kişi de çok çalıştı ve hayatlarının yıllarını ortaya koydu ama başarısız oldu. Willy Wonka tarzıyla söylersek, kaybettiler ve hiçbir şey elde edemediler.
Binlerce kişi çok çalışıp hayatlarının yıllarını ortaya koyduğu hâlde başarısız olduysa, onların çoğunun bu kadar kendini vererek çalıştığı yer muhtemelen bir laboratuvar değildi.
Bazıları geçimini fast-food şirketleri gibi yerlerde sağlamış olmalı; daha da kötüsü, bozuk bir milkshake makinesini bile tamir etmesine izin verilmeyen bir pozisyonda olabilirlerdi.
Buna karşılık, iyi bir deneyci olmayan doktoralı kişilerin ekipman ve tesislerden pay alma oranı epey yüksek. Bu yüzden ne kadar çok pahalı tesis olursa olsun pek işe yaramıyor; gerçekten bir şeyler başarabilecek çoğunluk, bu tür işleri hiç deneyemeden süreci tamamlamış oluyor.