- LED đỏ và LED xanh lá đã xuất hiện từ thập niên 1960, nhưng LED xanh dương còn thiếu khiến cuộc chuyển đổi chiếu sáng dùng RGB để tạo ra màu trắng và mọi màu sắc bị trì hoãn hàng chục năm
- Ánh sáng xanh cần band gap lớn hơn, còn zinc selenide và gallium nitride đều khó thương mại hóa do vấn đề tạo p-type, khuyết tật tinh thể và giới hạn công suất phát
- Shūji Nakamura của Nichia đã chọn gallium nitride vào lúc dòng nghiên cứu chính đều đổ dồn vào zinc selenide, rồi đột phá bài toán chất lượng tinh thể bằng cách cải tiến thiết bị MOCVD và reactor two-flow
- Sau đó, ông kết hợp annealing trên gallium nitride pha tạp magnesium, lớp hoạt tính indium gallium nitride và lớp chặn aluminum gallium nitride để hoàn thiện LED xanh dương sáng 450nm·1.500 microwatt
- Nichia mở rộng lên sản lượng 1 triệu chiếc mỗi tháng vào năm 1994 và LED trắng vào năm 1996; đèn LED tăng từ 1% doanh số chiếu sáng dân dụng toàn cầu năm 2010 lên hơn một nửa vào năm 2022
Vì sao LED xanh dương là mảnh ghép cuối cùng của cuộc cách mạng chiếu sáng
- Màu của LED không đến từ lớp vỏ nhựa mà từ cấu trúc điện tử
- LED trong suốt vẫn có thể phát ra cùng một màu đỏ
- Vỏ ngoài gần như chỉ có vai trò giúp phân biệt các LED
- Năm 1962, Holonyak của General Electric đã tạo ra LED khả kiến đầu tiên, và LED này phát ánh sáng đỏ mờ
- Sau đó, các kỹ sư của Monsanto tạo ra LED xanh lá, nhưng suốt nhiều thập kỷ LED vẫn chỉ dừng ở đỏ và xanh lá
- Nếu LED xanh dương trở nên khả thi, người ta có thể trộn đỏ·xanh lá·xanh dương để tạo ra màu trắng và mọi màu sắc khác
- Khi đó LED có thể mở rộng ra toàn bộ lĩnh vực chiếu sáng như bóng đèn, điện thoại, máy tính, TV và bảng điện tử
- Từ thập niên 1960, các tập đoàn điện tử lớn như IBM, GE và Bell Labs đều lao vào phát triển LED xanh dương, nhưng ngay cả hàng nghìn nhà nghiên cứu cũng không thành công
- Một giám đốc của Monsanto từng cho rằng LED sẽ không thể thay thế đèn nhà bếp mà chỉ được dùng trong thiết bị gia dụng, bảng táp-lô ô tô và đèn báo của dàn stereo
Nguyên lý LED phát sáng
- Bóng đèn sợi đốt tạo ánh sáng bằng cách cho dòng điện chạy qua dây tóc tungsten để làm nó nóng lên
- Phần lớn bức xạ điện từ phát ra là tia hồng ngoại, tức nhiệt
- Ánh sáng khả kiến chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ
- Đúng như tên gọi light emitting diode, LED là thiết bị chủ yếu tạo ra ánh sáng nên hiệu quả hơn nhiều
- Diode là thiết bị có hai điện cực và chỉ cho dòng điện chạy theo một hướng
- Khi các nguyên tử trong chất bán dẫn tạo thành chất rắn, các mức năng lượng điện tử hình thành những dải năng lượng sít nhau
- Dải cao nhất có electron được gọi là valence band
- Dải phía trên nó là conduction band
- Chênh lệch năng lượng giữa hai dải là band gap
- Chất bán dẫn tinh khiết tự thân có tính ứng dụng hạn chế, nên cần pha tạp bằng cách đưa nguyên tử tạp chất vào mạng tinh thể
- Thêm phosphorus vào silicon sẽ tạo ra electron dư và biến nó thành chất bán dẫn n-type
- Thêm boron vào silicon sẽ tạo ra hole và biến nó thành p-type
- Khi ghép p-type và n-type với nhau, electron và hole khuếch tán vào nhau tạo ra depletion region
- Nếu nối pin ngược cực, depletion region sẽ lớn hơn và dòng điện không chạy được
- Nếu nối đúng cực, depletion region thu hẹp lại và electron chạy từ n-type sang p-type
- Khi electron rơi từ conduction band xuống hole trong valence band, năng lượng band gap có thể được phát ra dưới dạng photon
- Sự thay đổi năng lượng này xuất hiện dưới dạng ánh sáng, và đó là nguyên lý hoạt động của LED
- Kích thước band gap quyết định màu của ánh sáng phát ra
- Band gap của silicon là 1.1eV nên photon phát ra không phải ánh sáng khả kiến mà là hồng ngoại
- Loại LED này được dùng trong điều khiển TV và có thể được camera ghi lại
- Photon ánh sáng xanh dương đòi hỏi năng lượng cao hơn nên cần band gap lớn hơn, và đây chính là điều khiến LED xanh dương trở nên khó chế tạo
Canh bạc của Nichia và Nakamura
- Shūji Nakamura là nhà nghiên cứu làm việc tại công ty hóa chất nhỏ của Nhật Bản là Nichia
- Nichia đã mở rộng sang sản xuất chất bán dẫn dùng cho LED đỏ và LED xanh lá, nhưng đến cuối thập niên 1980 bộ phận bán dẫn của họ gặp khó khăn
- Họ bị lép vế khi cạnh tranh trong một thị trường đông đúc với những công ty đã có chỗ đứng hơn
- Nhân viên trẻ muốn Nakamura tạo ra sản phẩm mới, còn nhân viên kỳ cựu xem nghiên cứu của ông là sự lãng phí tiền bạc
- Phòng thí nghiệm của Nakamura chủ yếu gồm các thiết bị do chính ông tự gom và tự hàn lắp
- Các vụ nổ do rò rỉ phosphorus xảy ra thường xuyên đến mức đồng nghiệp còn chẳng buồn sang kiểm tra nữa
- Năm 1988, cấp trên thất vọng với nghiên cứu và bảo Nakamura nghỉ việc, còn ông thì đề xuất với nhà sáng lập kiêm chủ tịch Nobuo Ogawa rằng mình sẽ phát triển LED xanh dương
- Ogawa phân bổ 500 triệu yên, khoảng 3 triệu USD, cho dự án của Nakamura
- Số tiền này được ước tính tương đương khoảng 15% lợi nhuận hằng năm của công ty
- Nakamura quyết định sang một phòng thí nghiệm ở Florida để học về MOCVD
- MOCVD là thiết bị bơm các phân tử hơi của vật liệu tinh thể vào buồng nóng để hình thành các lớp trên substrate
- Đây là công nghệ then chốt để sản xuất hàng loạt tinh thể sạch và đến nay vẫn còn được dùng
- Lớp tinh thể đôi khi phải mỏng chỉ vài nguyên tử, và mạng tinh thể của substrate phải khớp tốt với mạng tinh thể mọc lên phía trên thì mới tạo được tinh thể ổn định, mượt mà
- Ở Florida, Nakamura không được dùng hệ MOCVD đang vận hành và đã dành 10 trong 12 tháng để lắp ráp một hệ thống mới
- Vì Nichia không cho phép xuất bản bài báo, Nakamura không có bằng tiến sĩ cũng không có công bố khoa học, và các nhà nghiên cứu PhD xem ông như một kỹ thuật viên cấp thấp
- Khi trở về Nhật năm 1989, Nakamura mang theo đơn đặt reactor MOCVD mới cho Nichia và quyết tâm mạnh mẽ phải lấy bằng tiến sĩ
- Khi đó ở Nhật, ngay cả khi không học đại học, chỉ cần công bố 5 bài báo là có thể nhận bằng PhD
- Nhờ vậy, ông có một phương án dự phòng là dù thất bại với LED xanh dương vẫn có thể lấy bằng PhD
Chọn gallium nitride khi dòng chính quay lưng
- Đến thập niên 1980, các ứng viên cho LED xanh dương chủ yếu thu hẹp còn zinc selenide và gallium nitride
- Zinc selenide trông có vẻ là lựa chọn triển vọng hơn
- Khi được nuôi cấy trên substrate gallium arsenide bằng MOCVD, độ lệch mạng tinh thể chỉ khoảng 0,3%
- Mật độ khuyết tật tinh thể chỉ khoảng 1.000 trên mỗi cm vuông, nằm trong giới hạn để LED hoạt động
- Nhưng dù n-type zinc selenide có thể tạo ra theo nhiều cách, người ta vẫn không tạo được p-type
- Gallium nitride là vật liệu mà đa số nhà nghiên cứu đã từ bỏ
- Độ lệch mạng tinh thể với substrate sapphire là 16%
- Mật độ khuyết tật vượt quá 10 tỷ trên mỗi cm vuông
- Có thể tạo n-type bằng silicon, nhưng p-type vẫn là bài toán nan giải
- LED xanh dương thương mại cần tổng công suất quang ít nhất 1.000 microwatt, trong khi các prototype lúc đó còn thấp hơn hai bậc độ lớn
- Nakamura cho rằng nếu phải tự mình công bố 5 bài báo thì gallium nitride ít cạnh tranh hơn sẽ là lựa chọn tốt hơn
- Tại hội vật lý ứng dụng lớn nhất Nhật Bản, có hơn 500 người tham dự bài thuyết trình về zinc selenide
- Còn bài về gallium nitride chỉ có 5 người nghe
- Trong 5 người đó có chuyên gia gallium nitride Akasaki và cựu nghiên cứu sinh của ông là Hiroshi Amano
- Akasaki và Amano đã tạo ra bước đột phá bằng cách không nuôi gallium nitride trực tiếp trên sapphire mà trước hết nuôi một aluminum nitride buffer layer
- Aluminum nitride có khoảng cách mạng tinh thể nằm giữa sapphire và gallium nitride, nên giúp tạo tinh thể gallium nitride sạch hơn dễ hơn
- Tuy nhiên aluminum lại gây ra vấn đề trong reactor MOCVD nên quy trình này khó mở rộng
Ba đột phá liên tiếp để vượt qua tinh thể, p-type và độ sáng
- Ban đầu, Nakamura không thể nuôi gallium nitride cho ra hồn trong reactor MOCVD mới
- Sau 6 tháng, ông tháo tung thiết bị và bắt đầu tự chế một phiên bản tốt hơn
- Mỗi ngày ông đến phòng thí nghiệm lúc 7 giờ sáng
- Buổi sáng ông hàn, cắt và đổi lại dây nối
- Buổi chiều ông làm thí nghiệm với reactor đã cải tiến
- 7 giờ tối ông về nhà, ăn uống, tắm rửa rồi ngủ
- Ngoài ngày Tết Dương lịch là ngày lễ quan trọng ở Nhật, ông làm việc không cuối tuần không ngày nghỉ
- Đến mùa đông năm 1990, tức sau một năm rưỡi, mẫu gallium nitride của Nakamura có độ linh động electron cao gấp 4 lần loại gallium nitride cũ mọc trực tiếp trên sapphire
- Mấu chốt là ông thêm vòi phun thứ hai vào reactor MOCVD
- Trước đó, khí phản ứng tạo gallium nitride đi lên trong buồng nóng rồi trộn lẫn trong không khí và trở thành bột thải
- Vòi phun thứ hai tạo ra dòng khí inert hướng xuống để ép dòng đầu tiên bám vào substrate và tạo tinh thể đồng đều
- Các nhà khoa học trước đó tránh cách này vì cho rằng dòng thứ hai sẽ làm tăng turbulence, nhưng Nakamura dùng vòi phun đặc biệt để giữ dòng chảy ở trạng thái laminar
- Ông gọi thiết kế này là two-flow reactor
- Nhờ thiết kế two-flow, Nakamura có thể dùng chính gallium nitride làm buffer layer trên substrate sapphire thay vì aluminum nitride
- Từ đó ông tạo được tinh thể gallium nitride sạch hơn và cũng tránh luôn các vấn đề do aluminum gây ra
- Áp lực trong nội bộ công ty ngày càng lớn
- Nhà sáng lập Nichia là Nobuo Ogawa lui về làm chủ tịch, còn con rể ông là Eji Ogawa lên làm CEO
- Một lãnh đạo của Matsushita nói với Nichia rằng zinc selenide mới là con đường tương lai còn gallium nitride thì không có tương lai
- Cũng trong ngày hôm đó, Eji gửi cho Nakamura một bản ghi nhớ yêu cầu dừng ngay công việc về gallium nitride
- Nakamura phớt lờ bản ghi nhớ, các chỉ thị tiếp theo và cả các cuộc điện thoại
- Nakamura đã công bố nghiên cứu về two-flow reactor mà không báo cho Nichia, và đó trở thành bài báo đầu tiên của ông
- Rào cản thứ hai là gallium nitride p-type
- Akasaki và Amano đã tạo ra gallium nitride pha tạp magnesium p-type đầu tiên trên thế giới bằng cách chiếu electron beam vào nó
- Nhưng họ không biết vì sao nó hoạt động, và quy trình phải chiếu electron cho từng tinh thể thì quá chậm để sản xuất thương mại
- Nakamura cho rằng electron beam là cách làm quá mức cần thiết, nên thử annealing gallium nitride pha tạp magnesium ở 400°C
- Kết quả là một mẫu p-type hoàn chỉnh
- Electron beam chỉ biến bề mặt mẫu thành p-type, còn gia nhiệt thì hiệu quả hơn nhiều và là quy trình có thể mở rộng nhanh
- Nghiên cứu này cũng làm sáng tỏ vì sao gallium nitride p-type lại khó tạo ra
- Ammonia dùng làm nguồn nitrogen trong MOCVD cũng chứa hydrogen
- Các nguyên tử hydrogen liên kết với magnesium và chặn các hole
- Khi bổ sung năng lượng, hydrogen thoát ra khỏi vật liệu và các hole lại được tự do
- Tại workshop ở St. Louis năm 1992, Nakamura công bố prototype LED xanh dương và nhận được tràng pháo tay đứng dậy
- Nhưng màu của nó vẫn gần blue-violet hơn, và công suất quang chỉ đạt 42 microwatt, còn thấp hơn chuẩn thực dụng là 1.000 microwatt
- Rào cản thứ ba là tăng công suất quang
- Một cách đã biết để tăng hiệu suất LED là tạo một lớp mỏng gọi là active layer tại p-n junction để giảm band gap đi đôi chút
- Active layer phù hợp nhất với gallium nitride được biết đến là indium gallium nitride
- Lớp này giúp electron vượt qua band gap dễ hơn và cũng điều chỉnh màu từ blue-violet sang true blue
- Amano nhớ lại rằng khi đó người ta cho rằng gallium nitride và indium nitride không trộn được với nhau, như nước với dầu
- Nakamura tận dụng reactor MOCVD có thể tự cải tiến của mình để nhồi được nhiều indium nhất có thể vào gallium nitride và thu được tinh thể indium gallium nitride sạch
- Khi đưa active layer vào LED, cái giếng thế năng hoạt động quá tốt đến mức electron bị tràn ra và rò sang lớp gallium nitride
- Chỉ trong vài tháng, ông tạo ra aluminum gallium nitride để dùng làm lớp chặn có band gap lớn hơn
- Lớp này ngăn electron thoát ra sau khi đã đi vào giếng thế năng
Thương mại hóa, tranh chấp thù lao và sự lan rộng của chiếu sáng LED
- Năm 1992, Nakamura hoàn thiện LED xanh dương sáng
- Nó đủ sáng để nhìn thấy ngay cả dưới ánh sáng ban ngày
- Công suất quang đạt 1.500 microwatt
- Bước sóng chính xác là 450nm
- Nó sáng hơn hơn 100 lần so với các LED pseudo-blue trên thị trường lúc đó
- Nichia tổ chức họp báo ở Tokyo để công bố true blue LED đầu tiên trên thế giới, và ngành điện tử bị chấn động
- Tác động kinh doanh với Nichia đến ngay lập tức
- Đơn đặt hàng đổ về dồn dập, và đến cuối năm 1994 công ty đã sản xuất 1 triệu blue LED mỗi tháng
- Trong vòng 3 năm, doanh thu công ty gần như tăng gấp đôi
- Năm 1996, Nichia mở rộng từ LED xanh dương sang LED trắng bằng cách phủ yellow phosphor lên trên
- Hóa chất này hấp thụ photon xanh dương rồi phát xạ lại thành phổ rộng trên toàn vùng ánh sáng khả kiến
- Không lâu sau, Nichia bán ra white LED đầu tiên trên thế giới
- Trong 4 năm tiếp theo, doanh thu Nichia lại tiếp tục tăng gấp đôi
- Đến năm 2001, doanh thu thường niên đã tiến sát 700 triệu USD
- Hơn 60% đến từ các sản phẩm LED xanh dương
- Ngày nay Nichia là một trong những nhà sản xuất LED lớn có doanh thu hàng tỷ USD mỗi năm
- Khoản thù lao Nakamura nhận được thì rất hạn chế
- Lương năm của ông sau khi tăng gấp đôi là 60.000 USD
- Tiền thưởng cho mỗi bằng sáng chế là 170 USD
- Năm 2000, sau hơn 20 năm làm việc tại Nichia, Nakamura rời sang Mỹ
- Ông bắt đầu tư vấn cho Cree
- Nichia kiện ông vì làm lộ bí mật công ty
- Nakamura phản tố, yêu cầu 20 triệu USD vì cho rằng mình không được trả công xứng đáng cho phát minh
- Năm 2001, tòa án Nhật Bản đứng về phía Nakamura và yêu cầu Nichia trả số tiền gấp 10 lần mức ông đòi ban đầu
- Nichia kháng cáo, và cuối cùng vụ việc được dàn xếp với khoản chi trả 8 triệu USD
- Số tiền này chỉ vừa đủ để trang trải chi phí pháp lý của Nakamura
- LED xanh dương hiện là một phần của ngành công nghiệp trị giá 80 tỷ USD
- Nó được dùng trong đèn gia dụng, đèn đường, điện thoại, máy tính, TV, đèn tín hiệu và màn hình
- Những cảnh báo rằng ánh sáng xanh từ màn hình có thể làm rối loạn circadian rhythm cũng gắn với LED xanh dương gallium nitride
- Bóng đèn LED dùng cho chiếu sáng hiệu quả hơn bóng sợi đốt hay bóng huỳnh quang, bền hơn nhiều, an toàn hơn khi sử dụng và có thể tùy biến hoàn toàn
- Sau 30 năm kể từ khi white LED ra đời, các bóng đèn cao cấp có thể cho chọn tới 50.000 sắc thái trắng
- Giá đã giảm xuống chỉ còn cao hơn các loại bóng khác vài USD
- Với mức sử dụng trung bình mỗi ngày và giá điện thông thường, chi phí chênh lệch có thể được hoàn vốn chỉ sau khoảng 2 tháng
- Doanh số chiếu sáng LED tăng rất nhanh
- Năm 2010, LED chỉ chiếm 1% doanh số chiếu sáng dân dụng toàn cầu
- Đến năm 2022, con số này đã vượt một nửa
- Các chuyên gia ước tính trong 10 năm tới, gần như mọi doanh số chiếu sáng sẽ là LED
- Chiếu sáng chiếm 5% tổng phát thải carbon
- Nếu chuyển hoàn toàn sang LED, có thể cắt giảm 1,4 tỷ tấn CO2
- Điều này tương đương với việc loại bỏ gần một nửa số ô tô trên toàn thế giới khỏi đường sá
Nghiên cứu về sau và sự ghi nhận dành cho Nakamura
- Hiện nay Nakamura đang nghiên cứu micro LED và UV LED, tức thế hệ LED tiếp theo
- Kích thước LED tiêu chuẩn là 300×200 micron, còn loại nhỏ nhất là 5 micron
- Nó nhỏ đến mức có thể so với độ dày của sợi tóc người
- Có thể dùng cho near-eye display, AR và VR
- UV LED có thể được dùng để khử trùng bề mặt trong bệnh viện hoặc nhà bếp
- Khi bật UV light, mầm bệnh có thể chết chỉ trong vài giây
- Trong thời kỳ COVID-19, giá cổ phiếu của các công ty UV LED tăng vọt vì mọi người kỳ vọng chúng sẽ được dùng để khử khuẩn COVID-19
- Điốt phát quang dùng indium gallium nitride, còn UV dùng aluminum gallium nitride có band gap lớn hơn
- UV LED hoạt động được, nhưng chi phí là vấn đề
- Hiệu suất dưới 10% và giá thành rất cao
- Nếu hiệu suất vượt 50%, chi phí có thể gần tương đương mercury lamp
- Gần đây Nakamura còn khởi nghiệp một công ty nuclear fusion, và ông nói rằng mình hứng thú với vật lý
- Năm 2014, Nakamura, Akasaki và Amano đã nhận giải vật lý nhờ công trình tạo ra LED xanh dương
- Sau đó Nakamura từng công khai cảm ơn Nichia vì đã hỗ trợ nghiên cứu của mình và đề nghị đến thăm để hòa giải, nhưng Nichia từ chối nên quan hệ giữa hai bên vẫn lạnh nhạt
- Tính đến khi công bố blue LED năm 1994, Nakamura đã có hơn 15 bài báo và cuối cùng nhận được bằng tiến sĩ kỹ thuật
- Hiện nay ông đã công bố hơn 900 bài báo
- Màu yêu thích của ông là xanh dương, và ông nói rằng vùng biển trước ngôi nhà làng chài nơi mình sống thời thơ ấu lúc nào cũng xanh
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Đó thật sự là một câu chuyện tuyệt vời. Việc hiện nay chúng ta có LED xanh lam là nhờ một người đã đặt cược tất cả và kiên trì thúc đẩy đến cùng; thật đáng kinh ngạc khi đôi khi rất nhiều thứ lại phụ thuộc vào một cá nhân
Điều đó cũng khả thi vì nhà nghiên cứu ấy thật sự đã rèn được tay nghề điện-cơ. Điều này khiến ta tự hỏi nếu những kỹ năng như vậy phổ biến hơn thì chúng ta đã có thể làm được những gì nhanh hơn
Việc không có bằng tiến sĩ gây khó khăn chủ yếu là vì các đồng nghiệp không đánh giá đúng giá trị của một loại kỹ năng khác
Một giáo sư hóa học mà tôi biết coi trọng những việc như thế. Ông ấy có kho linh kiện và thiết bị, và mỗi khi có cơ hội mua được thiết bị rẻ, liên quan đến nghiên cứu thì sẽ thu gom lại
Sinh viên thường tự chế tạo thiết bị mình cần. Có thể chưa đạt cấp độ khoa học chuẩn, nhưng thường đủ để kiểm chứng hướng nghiên cứu, hoặc sau này biện minh cho việc mua hay tiếp cận thiết bị chính thức
Những sinh viên đó hiểu rõ giá trị mình nhận được, và đó cũng là giá trị thấy được ở người đã tạo ra LED xanh lam: giảm phụ thuộc đi rất nhiều, đồng thời có quyền chủ động và kiểm soát trực tiếp hơn
Nhìn lại lịch sử, phần lớn hiểu biết khoa học mà chúng ta dựa vào và ứng dụng trong kỹ thuật cũng đến từ những người không chỉ biết suy nghĩ và quan sát, mà còn có thể tự tay chế tạo; và phải cộng thêm cả năng lực tính toán nữa
Giới học thuật, nghiên cứu công và nghiên cứu tư đều cần nhiều hơn nữa cách làm như vậy
Hóa ra không chỉ bóng đèn sợi đốt mà cả đèn LED, rốt cuộc, cũng được tạo nên nhờ nỗ lực thật sự theo kiểu Edison
Cho đến thập niên 1980, trong nghiên cứu công nghiệp, cách xử lý thiết bị khác với hiện nay. Những công ty năng lượng dồi dào vốn như Exxon hay Shell, khi tái cấu trúc phòng thí nghiệm hoặc thay thiết bị, sẽ chất thiết bị cũ vào kho dư thừa, và trung bình sau 5–10 năm thì chúng bị gắn nhãn chờ thanh lý
Trước đây, các nhà nghiên cứu phụ trách được kỳ vọng sẽ trước hết tìm trong những kho khổng lồ đó xem có thứ gì dùng được trước khi yêu cầu mua thiết bị mới, nên chúng được lưu lại như một nguồn tài nguyên. Nhưng rồi không còn ai làm vậy nữa; giá năng lượng tăng vọt và các công ty dầu mỏ thì nhiều tiền, nên suốt nhiều năm họ chỉ mua thiết bị mới
Kho rất lớn nhưng cuối cùng cũng đầy, và phải định kỳ giải phóng không gian nên chúng được đem bán đấu giá. Trả tiền mặt vào ngày bán, bán nguyên trạng, tại chỗ, không có bất kỳ bảo hành nào
Dù tôi chỉ cẩn thận chọn lấy một phần rất nhỏ trong số những thứ đi qua các kho đó, khối lượng thiết bị ấy vẫn nhiều gấp vài lần số tấn thiết bị mà một tiến sĩ bình thường có thể làm việc cùng trong suốt sự nghiệp
Nhiều tiến sĩ không muốn trực tiếp đụng tay vào thiết bị mà giao cho thực tập sinh làm. Vì vậy, trong phòng thí nghiệm, người đi đầu nhất về mặt khoa học hiếm khi tận dụng được kỹ năng thủ công; ngược lại, người khéo tay nhất cũng hiếm khi được khai thác tối đa năng lực ấy cho khoa học
Tôi từng cộng tác với những người bên đó đến phòng thí nghiệm của tôi, các khách hàng không làm nghiên cứu; việc dùng thiết bị đã qua sử dụng vẫn còn dán nhãn tài sản của chủ cũ chẳng có gì đáng xấu hổ. Ngược lại, chúng tôi liên tục chứng minh hiệu năng bằng hoặc tốt hơn công việc nội bộ của họ
Họ thậm chí không nghĩ đến việc dùng thiết bị dư thừa của chính công ty mình, hay xuống xem trong kho có lượng thiết bị áp đảo đến mức nào. Đơn giản là văn hóa của họ không làm như vậy
Tôi thấy video được làm thật sự rất tốt. Việc truyền đạt khoa học đến công chúng ở mức độ phù hợp và dễ tiếp cận là điều khó, nhưng Derek đã làm xuất sắc
Phần giải thích về LED khoảng phút thứ 4 đặc biệt hay. Có ai quen thuộc với vật lý bán dẫn có thể cho biết cách giải thích này mô hình hóa thực tế tốt đến mức nào không?
Khi nói electron “cảm nhận” các nguyên tử xung quanh, đó là hệ quả của việc vật liệu có tính tinh thể, tức có cấu trúc đều đặn và có trật tự. Cấu trúc đều đặn này tạo ra thế tuần hoàn, rồi đưa nó vào phương trình Schrödinger và áp dụng điều kiện liên tục cùng đối xứng tịnh tiến cho hàm sóng
Khi tính nghiệm của phương trình Schrödinger dưới các điều kiện đó, ta thu được các mức năng lượng được phép và không được phép, đồng thời quan hệ giữa năng lượng và động lượng trong mạng tinh thể cũng hiện ra. Đọc Wikipedia về Kronig-Penney Model là có thể theo dõi được quá trình
Điều này phụ thuộc vào tính tuần hoàn nên có thể thay đổi theo hướng bên trong tinh thể. Dù vậy, cách giải thích không phải là sai; khi nuôi cấy linh kiện bán dẫn, người ta căn hướng tinh thể để dòng điện chảy theo hướng mong muốn, nên kết quả giản lược xem band gap như một con số duy nhất vẫn có hiệu lực
Mô tả dải năng lượng nghiêng xuống khi có điện thế hoặc điện áp đặt vào cũng rất khớp với cách vẽ sự thay đổi điện thế trong sơ đồ linh kiện bán dẫn. Có thể xem Solid State Electronic Devices của Streetman and Banerjee
Đây là phần nhập môn tuyệt vời về hành vi của bán dẫn, nhưng như những người khác đã nói, video bỏ qua một chi tiết rất quan trọng là band gap trực tiếp và band gap gián tiếp. Phần bị lược bỏ là tinh thể có cấu trúc lặp lại rất trật tự, nhưng không trông giống nhau theo mọi hướng. Vì vậy không chỉ có một band gap, mà có nhiều band gap tùy theo hướng tinh thể mà ta xét
Bạn có thể hỏi vì sao hướng lại quan trọng; đến đây lại phải đi sâu vào cơ học lượng tử. Khi một photon đơn lẻ được hấp thụ trong bán dẫn, cả động lượng lẫn năng lượng đều phải được bảo toàn. Động lượng của photon cỡ band gap của Silicon rất nhỏ, còn động lượng của electron dẫn ở nhiệt độ phòng thì lớn hơn nhiều. Vì vậy, đơn giản hóa một chút, chuyển tiếp do hấp thụ photon xảy ra mà không đổi động lượng, và ta chỉ thấy cấu trúc dải theo một hướng tinh thể nhất định cùng các hạt tải tự do tương ứng
Đặc biệt Silicon có band gap gián tiếp, và electron ở đáy vùng dẫn có động lượng khác với lỗ trống ở vùng hóa trị. Kết quả là có thể hấp thụ photon để làm detector, nhưng không thể khiến nó phát photon hiệu quả như LED. Video đã sai ở điểm này
Tuy nhiên trọng tâm của video là LED xanh lam thuộc hệ vật liệu GaN, và GaN chắc chắn là vật liệu có band gap trực tiếp nên không phải vấn đề lớn. Nếu ai đó tạo được linh kiện phát sáng có thể chế tạo bằng Silicon tinh khiết, đó sẽ là một cuộc cách mạng tuyệt đối cho điện toán quang và photonics. Nó đã được theo đuổi như chén thánh trong ít nhất hơn 20 năm
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
Tình huống kiểu như: “Cảm ơn vì doanh thu hàng tỷ đô la, nhưng còn nhớ tôi đã bảo anh đừng cố giải bài toán LED xanh lam bằng GaN chứ? Nào, nhận 147 đô la tiền bằng sáng chế của anh rồi dọn bàn đi. Anh bị sa thải”
Kỹ năng tìm kiếm của tôi kém nên không tìm được đúng cái đó, nhưng tôi tìm được cuộc phỏng vấn này
https://www.jsap.or.jp/jsapi/Pdf/Number02/Interview.pdf
Tôi thích đoạn trong cuộc phỏng vấn cuối, khi Nakamura giải thích rằng ông lớn lên ở một làng chài nhìn ra biển, và vì thế mà ông thích màu xanh lam
Sau khi LED xanh dương xuất hiện trên thị trường vào thập niên 1990, chưa đầy 10 năm sau nó đã trở thành món hàng trưng bày giá vài đô ở các khu bán đồ điện tử.
Cũng khoảng thời gian đó, các cộng đồng kỹ thuật viên máy tính trên nền web cũng phát triển mạnh. Kiểu như các diễn đàn web.
Cuộc gặp gỡ tình cờ này đã dẫn đến một mối quan hệ “yêu từ cái nhìn đầu tiên”. Nhìn lại thì mới chỉ khoảng 20 năm trước, nhưng trong vài năm khoảng 2000–2005, trào lưu không thể thiếu của văn hóa nerd máy tính là cơn sốt LED xanh dương.
Nó trông tinh hoa, tối tân, hiếm lạ và cực kỳ công nghệ. Giờ nghĩ lại cảnh nhét đầy LED vào case PC có cửa sổ, thắp sáng lòe loẹt bằng ống cathode lạnh, rồi tỉ mỉ đổi chuột, loa và đủ loại thiết bị điện tử sang màu xanh dương thì thấy buồn cười.
Vài năm sau nữa, từ khoảng năm 2005 trở đi, thị trường thương mại đã tiếp quản trào lưu đó và biến nó thành thứ nhàm chán, lỗi thời. Hacker và dân ép xung không còn hứng thú nữa; ngược lại, LED siêu sáng bắt đầu trở nên phiền toái.
Trong khoảng 5 năm, trào lưu LED xanh dương của văn hóa mod đã bắt đầu, đạt đỉnh, bị thương mại hóa rồi trở thành một rắc rối. Đến lúc đó, chúng tôi bắt đầu vội vàng che những món mod chói mắt bằng một sản phẩm màu xanh khác, tức Blu-Tack.
Sự giao thoa ngắn ngủi giữa LED xanh dương và văn hóa hacker rốt cuộc đã đi về đâu? Trên thị trường thương mại, nó biến thành xu hướng “RGB” của phần cứng máy tính phát sáng. Những thứ như quạt RGB, case RGB, panel RGB trên card đồ họa. Dù vậy, tôi vẫn nghĩ LED xanh dương khá ngầu.
https://en.wikipedia.org/wiki/Blu_Tack
Khó chịu đến mức tôi thường lấy đủ loại băng dính để che lại. May mà thời đó đã qua.
Vì vậy tôi luôn không hiểu hệ thống đèn trang trí ở văn phòng cũ.
Đó là một bức tường rải rác những đèn nhỏ nhiều màu, dùng LED âm trần thì ổn. Nhưng thay vì dùng LED màu với tấm khuếch tán trung tính, họ lại dùng LED ba màu đỏ + xanh lá + xanh dương để tạo ánh sáng trắng, rồi đặt nhựa đỏ/xanh lá/xanh dương phía trước để nhuộm màu lại lần nữa.
Tôi hiểu là lắp ráp hay bảo trì có thể rẻ hơn, nhưng mỗi khi thấy một hệ thống gồm các bộ phận triệt tiêu công việc của nhau, tôi luôn thấy phản cảm. Cảm giác như một sự thiếu tôn trọng đối với công nghệ.
Technology Connections trong 5 năm qua đã làm 3 video chủ yếu nói về việc ghét LED xanh dương dùng cho đèn lễ hội. Tôi nghĩ mình chỉ xem video cách đây 2 năm, nhưng giờ thì có cố không nhìn cũng vẫn thấy.
Màu xanh dương đơn giản là quá xanh. Nhìn cả bộ đèn toàn màu xanh dương thì gần như không chịu nổi. Dùng ánh sáng trắng với nhựa xanh dương phủ lên mới đúng.
https://youtu.be/PBFPJ3_6ZWs?si=sTeRrqQ5umHsNCgz
https://youtu.be/cQgcTkXacAc?si=CDj0G9Sh7S-wbLjN
https://youtu.be/va1rzP2xIx4?si=cAp65hnmwtkrXgDc
Đây là một câu chuyện đáng kinh ngạc và truyền cảm hứng về sự bền bỉ và không bỏ cuộc.
https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/595d3fb837c581...
Nhưng thật sự bực bội khi Nichia Corp đã không biết ơn Nakamura đến mức nào. Ông là người ở thế yếu đã vượt qua đủ loại trở ngại để tạo điều kiện cho hơn 65% doanh thu của công ty.
Những người như CEO Nichia khi đó, kiểu người cháu thừa kế công ty theo lối gia đình trị rồi vứt bỏ phương pháp thành công của chú mình, thật sự ngu ngốc. Thành công đạt được không phải nhờ họ, mà là bất chấp họ, dù những trò tính toán con số thiếu trí tưởng tượng và sự nhỏ nhen đó luôn cản đường từng lúc.
Ngoài việc bất tuân, ông còn khiến cấp trên trông như kẻ ngốc. Tất nhiên, cũng khá rõ là những gì chúng ta nghe được chỉ là câu chuyện từ phía Nakamura.
10 phút đầu là phần giải thích hay nhất mà tôi từng xem về chất dẫn điện, chất cách điện và chất bán dẫn. Phần còn lại là một câu chuyện con người cuốn hút có kèm khoa học.
Tinh thần maker và thực nghiệm hiện lên rất mạnh, và ở đoạn cuối còn có một câu dành cho những người trong lĩnh vực biến đổi khí hậu và nhiệt hạch.
Với tôi khi đã trưởng thành, video này giống như Back to the Future thời thơ ấu. Nó có mọi thứ cần thiết.
Video này khiến tôi nhớ đến một cuộc phỏng vấn vài năm trước. Tôi đã nói chuyện với một startup robotics thú vị ở Tokyo, nhưng bị loại vì tôi có bằng thạc sĩ còn ứng viên khác có bằng tiến sĩ.
Công việc đó có lương hằng năm 65.000 USD, gần như không có cổ phần và phúc lợi rất ít. Vài tuần sau, tôi tìm được việc ở San Francisco với tổng đãi ngộ hơn 250.000 USD và nhiều phúc lợi.
Thù lao cho kỹ sư ở Nhật khá thấp, và định kiến rằng họ vắt kiệt người lao động vẫn đúng.
Hơn nữa, nhiều người trong số họ còn nói tiếng Anh trôi chảy. Ở Bay Area, họ có thể kiếm gấp đôi với một nửa thời gian làm việc.
Mượn nhiều cách diễn đạt ở đây thì, “sở dĩ chúng ta có đèn LED xanh là vì một người đã dành nhiều năm cuộc đời cho ý tưởng của mình, bất chấp sự phản đối đáng kể”
Đó là điều tuyệt vời đối với chúng ta, nhưng cũng cần nhìn vào cái giá thực sự của thành công này. Có lẽ hàng trăm, thậm chí hàng nghìn người cũng đã làm việc cật lực và đặt cược nhiều năm cuộc đời nhưng thất bại. Nói theo kiểu Willy Wonka, họ đã thua và chẳng nhận được gì cả
Nếu hàng nghìn người đã làm việc cật lực và đặt cược nhiều năm cuộc đời nhưng thất bại, thì phần lớn trong số họ hẳn đã không làm việc say mê đến vậy trong phòng thí nghiệm
Một số có lẽ đã phải kiếm sống ở những nơi như công ty đồ ăn nhanh, và tệ hơn nữa, có thể ở vị trí mà họ còn bị ngăn không cho sửa cả chiếc máy làm milkshake bị hỏng
Trong khi đó, các tiến sĩ không phải là nhà thực nghiệm xuất sắc lại chiếm một phần đáng kể thiết bị và cơ sở vật chất. Vì vậy, dù có vô số cơ sở đắt đỏ cũng chẳng ích gì; đa số những người thực sự có thể làm được điều gì đó lại kết thúc mà chưa từng có cơ hội thử làm những việc như vậy