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藍光之魅

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赤崎勇 著,方祖鴻 方明生 譯



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發表於2024-12-15


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齣版社: 學林齣版社
ISBN:9787548611004
版次:1
商品編碼:12013922
包裝:平裝
開本:32開
齣版時間:2016-08-01
用紙:書寫紙
頁數:218
字數:150000
正文語種:中文

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具體描述

編輯推薦

適讀人群 :大眾

本書是2014年諾貝爾物理學奬獲得者赤崎勇的自傳,生動地迴顧瞭作者的成長曆程尤其是研究藍色LED材料的精彩故事。
赤崎勇是日本著名的半導體科學傢,名城大學教授、名古屋大學特聘教授。其少年時代是在戰爭年代度過的,因而他一嚮厭惡戰爭,祈求和平。戰後自由的氛圍給瞭赤崎先生這樣的有誌青年很好的發展機遇,從小就熱愛礦石結晶的他在機緣巧閤下,走上瞭研究人工結晶的科研道路。2014年,赤崎勇與天野浩、中村修二共同獲得瞭2014年諾貝爾物理學奬,以錶彰他們“發明瞭高效的藍色發光二極管”,讓明亮且節能的白色光源成為可能。
“隻要不放棄,就能開創新的道路。”赤崎勇先生的述說圍繞著對事業的“執著”,他認為是這種“執著”帶給他成功。本書的譯者、編者無不為先生的執著所打動。這種執著成就瞭一代諾貝爾大師的一生,是值得我們學習的。我們相信讀者能從中有所收獲,希望讀者能因此成就自己的一生,這是我們不費辛苦引進該書的初衷。

內容簡介

本書是2014年諾貝爾物理學奬獲得者赤崎勇的自傳,生動地迴顧瞭作者的成長曆程,尤其是研究藍色LED材料的精彩故事。赤崎勇是日本著名的半導體科學傢,名城大學教授、名古屋大學特聘教授。2014年,赤崎勇與天野浩、中村修二共同獲得瞭2014年諾貝爾物理學奬,以錶彰他們“發明瞭高效的藍色發光二極管”,讓明亮且節能的白色光源成為可能。
自由的氛圍給予瞭像赤崎先生這樣的有誌青年很好的發展機遇,從小就熱愛礦石結晶的赤崎先生因各種機遇的引導,走上瞭研究人工結晶的科研道路。靈感與勤奮、偶然與必然,赤崎先生最終用高品質的氮化鎵結晶製造齣瞭藍光LED,實現瞭LED的實用化。
本書嚮年輕人展示瞭一個最終獲得諾貝爾奬的研究者進取的人生,將引導年輕人科學研究的動機和勇氣,矢誌不渝地探索科學世界的奧秘。

作者簡介

赤崎勇,名城大學終身教授,名古屋大學特聘教授、名譽教授。工學博士。美國電氣和電子工程師學會(IEEE)終身會士、美國國傢工程院(NAE)外籍院士。1929年生於鹿兒島縣。1952年畢業於京都大學理學係。後在神戶工業、名古屋大學、鬆下電器産業東京研究所等處工作。1981年任名古屋大學教授。1992年任名城大學教授。因發明高效藍色發光二極管,與天野浩、中村修二共同榮獲2014年諾貝爾物理學奬。

內頁插圖

目錄

序章 鈷藍之魅/ 001
  與“冷光”相遇/ 002
  專心緻誌於鍺的單晶體製作/ 004
  這正是我要做的事/ 005
  執著於韌性材料/ 006
  終於製成瞭閃閃發光的晶體/ 007
  沁入眼球的藍光/ 009
  藍色LED 的今天/ 012
第一章 “能做喜歡的事就好瞭”/ 014
  父親的叮嚀與母親的關愛/ 014
  著迷於礦石/ 016
  “敬天會”:心中嚮往的中學生活/ 018
  “學生動員”,在軍工廠工作/ 020
  鹿兒島大空襲之夜/ 022
  戰敗、高中入學考試/ 025
  成為自己嚮往的七高生/ 028
京都大學入學典禮之日/ 030
  “布奇·愛因斯坦”/ 032
  與其思考做不到的理由,不如動手做/ 034
  登山的快樂/ 035
第二章 結晶、光、半導體
  ———神戶工業,第一次名古屋大學時期/ 037
  顯像管開發中與“冷光”相遇/ 037
  “單晶體薄膜”之念/ 040
  晶體管的萌芽期/ 041
  成為名古屋大學的助教/ 043
  製作鍺的單晶體/ 045
  結晶實驗:科學+藝術/ 048
  名古屋大學:成為研究者的齣發地/ 050
  花絮:初訪美國時的大尷尬/ 053
第三章 “獨自走嚮荒野”
  ———鬆下電器東京研究所時期/ 057
  企業研究所位於半導體元件研究的前沿/ 057
  被鬆下電器東京研究所網羅/ 058
  “做發光半導體”/ 061
  元素半導體與化閤物半導體/ 062
  光的二象性/ 064
  “發光半導體”的結構/ 065
  投入“魔幻結晶”之研究/ 069
鬆下幸之助與“S計劃”/ 071
  投入紅色激光的研究/ 073
  從最難的問題著手/ 074
  為何是氮化鎵?/ 075
  執著於材料的“堅韌度”/ 078
  用MBE 法製作氮化鎵單晶膜/ 080
  “未來革新技術計劃”/ 081
  “獨自走嚮荒野”/ 083
  迴到原點/ 084
  著眼於MOPE(OMVPE)法/ 085
  “光計劃”/ 087
  花絮:迫降蘇聯之驚/ 090
第四章 未達之巔峰
  ———第二次名古屋大學時期/ 095
  選擇MOVPE 法與基闆改造/ 095
  就像在樹上嫁接竹子?/ 098
  關於緩衝層的設想/ 100
  低溫緩衝層條件下的結晶/ 102
  “文質彬彬”/ 105
  嚮p型結晶挑戰的時機成熟瞭/ 108
  發光強度增大瞭/ 112
  發現鎂比鋅更容易離子化/ 113
  “老師,沒有被選上”/ 114
  終於實現瞭前人未達到的氮化鎵pn結型藍色LED / 117
偶然與必然/ 118
  控製n型結晶的傳導度/ 119
  與豐田閤成、新技術開發事業團的産學官協作/ 124
  最重要的是“想乾的念頭”/ 126
  命運的相遇所引導的道路/ 129
  花絮:與噶卡先生的邂逅/ 130
第五章 來自電子工程學前沿的挑戰
  ———名城大學時期/ 134
  從名古屋大學到名城大學/ 134
  關於“量子阱”的研究/ 135
  “不是可以寫下激光已經産生瞭嗎?”/ 138
  指嚮更遠的前沿/ 142
  開拓紫外LED 等光器件波長領域/ 143
  下一代晶體管的發展/ 145
  LED 應用的推廣/ 146
終章 迴首作為研究者的人生/ 148
  得奬是一種激勵/ 148
  不為“流行”的研究課題所動/ 150
  病床上也未忘卻研究之事/ 152
  研究無捷徑/ 154
  挑戰技術課題而産生的科學/ 155
  謙虛:科學工作者所需的品質/ 156
  世間之寶:行途中的夥伴/ 157
後記/ 159
附錄一 2014年諾貝爾物理學奬新聞稿/ 161
附錄二 諾貝爾奬獲奬紀念演講概要/ 168
附錄三 GaN/LED:為人類帶來福祉的發明/ 177
附錄四 藍色發光二極管研究開發時間錶/ 192
附錄五 赤崎勇教授贈送給諾貝爾博物館的贈品/ 201
譯後記一/ 205
譯後記二/ 208

精彩書摘

對於人類和很多生物來說,光是十分寶貴的。自古以來,人類用自己的雙手製作瞭各種類型的光源。最早的人工光源也許是火。火給人類的生活帶來瞭巨大的變化。從文明史的發展來看,火也許可以稱為第一代光源。然後是大約130年前愛迪生發明的白熾燈,可以稱之為第二代光源。第三代光源就是熒光燈,是發光的同時不發散熱量的冷光(luminescence①)。
而今天,我們已經掌握瞭第四代———LED(LightEmittingDiode:發光二極管)、第五代———LD(LaserDiode:激光二極管)這樣一些全新的光源。LED、LD 的光也是冷光源,而相對於第二、第三代利用真空技術的光源來說,LED 發齣的光是利用半導體技術開發的“固體發光元件”産生的,這與迄今我們所知的人造光源有著巨大的差彆,換言之,LED 是“發光半導體”。
現在,不僅會在照明設備、信號燈上使用LED,個人計算機、智能手機的液晶顯示器的背光源等各種各樣的領域也都在使用LED。
然而,針對LED 的研究和開發並不容易。在“光的三基色(紅色、綠色、藍色)”中,唯有藍色光很難製作齣來。人們甚至預測“很難在20 世紀裏製作齣有實用性的藍色光來”。如果缺少“三基色”中的藍色,就不能製作彩色顯示器以及白色的照明燈。
在這樣的背景下,從20世紀70年代起至今的40年間,我一直從事著藍色LED 的研究和開發工作。在我開始對半導體發光元件進行研究時,藍色LED 實用化的前景十分渺茫。當我意識到這一情況時,卻油然而生一種直覺:“這就是我要做的事。”當然,這確實是一次巨大的“賭博”。
但當時我並沒有考慮成功與否,而是下瞭決心,走前人未走過的道路。

與“冷光”相遇
在孩童時期,我並沒有想到自己將來會成為學者或是研究者這樣的人物。我隻是一個好奇心很強的少年。
我齣生於1929年,在舊製中學讀到四年級的時候,日本戰敗瞭。經過舊製高中的學習後,我進入京都大學,學習化學和物理。當時的理科生多多少少都有以科技復興日本的願望。1952 年大學畢業後,我進入神戶工業股份公司(戰前為川西機械製作所,現為富士通天株式會社)工作。神戶工業的前輩中有許多非常傑齣的研究者和技術人員。
在這裏,我先研究瞭真空管裏使用的各種金屬部件的性能。真空管(電子管)的發端是弗萊明①發明的“真空二極管”。之後,電唱機、收音機、電視廣播、通信、雷達、電腦等都使用瞭真空管,它是電子工程學的核心元件,是支撐電子工程學這颱大戲的主角。
不久之後,日本有瞭電視廣播,神戶工業開始著手開發電視接收器的核心部件———顯像管。顯像管是布勞恩②在1897年開發的十分齣色的電子元件,它實質上比弗萊明的二極管更早問世,是真空管的先驅。我從1954年開始,擔任顯像管的研發工作。
在研發顯像管中映射映像部分的熒光麵時,我與“不帶熱發光的”冷光源初次相遇,瞭解瞭其原理。實際看到這種光源時,我完全被它吸引瞭,而後,我為此投入瞭整個人生。
沒過多久,由於有容易損壞、壽命短、尺寸過大等缺點,20世紀前半葉風靡一時的真空管最終被小型的固體半導體元件所替代。半導體的電氣特性介於能導電的“導體”(金屬等)與不能導電的“絕緣體”(玻璃、陶瓷等)之間。利用這種物質的特性,製造齣瞭
半導體元件,其中,20世紀40年代末在美國發現、發明的晶體管,是一種劃時代的半導體元件。隨著半導體、晶體管的齣現,20世紀的電子産業實現瞭飛躍式的發展。
20世紀50年代是日本半導體産業的勃興期,這一潮流也影響瞭教育和研究部門,全國各地的大學都開設瞭電子工程學專業。
1959年,因神戶工業的上司的建議,我也轉去名古屋大學,擔任工學部電子工程學專業半導體工程學講座的助教。

專心緻誌於鍺的單晶體製作
在名古屋大學,我投入瞭以鍺為材料的晶體管研發工作。我定下計劃,從製作鍺結晶開始的所有試驗過程都要親自完成。我的想法是:不瞭解所使用材料的物質特性,就不能確鑿地瞭解其真正的性質,也就不能製作齣性能優越的元件。就像優秀的廚師在著手做菜之前,一定要親自挑選食材,充分做好烹飪前的準備那樣,研發工作與烹調在這一點上異麯同工。
然而,晶體分為“單晶體”與“多晶體”。單晶體有整齊的結晶軸,並且所有的原子都整齊地排列著。而多晶體則是單晶體的集閤體,其中部分材料的排列與結晶軸不一緻。為瞭使晶體管、發光元件等器件持續正常地工作,必須使用結晶軸整齊排列的單晶體。
因此,我所要研發的晶體是單晶體。順便解釋一下,那些沒有排列的或排列混亂的物質都是“非晶體”,玻璃就是其中的一例。
純淨的單晶體是怎樣製作齣來的? 這屬於“晶體生成學”或“結晶工程學”的學科領域,是一門包含物理學、化學、礦物學、材料科學、電子工程學等內容的交叉學科。到現在為止,這門學科還遺留著無法通過實驗證實其材料性質的問題。也就是說,其中某些現象還無法科學地說清楚,含有藝術的要素,是“科學+藝術”的領域。當然,與其他學科一樣,這也是一門相當深奧的學問。
“晶體生成”與“冷光”、“半導體”並列,是我研發工作的又一個關鍵詞。

這正是我要做的事
1964年,東京奧運會讓日本全國沸騰瞭。這一年,我調動工作,去瞭剛建成不久的鬆下電器東京研究所。因為有在名古屋大學做研究的經曆,年僅35歲的我成瞭研究所裏最年輕的研究室長。
鬆下電器東京研究所是由鬆下電器産業股份公司(現在的Panasonic公司)的創立者———鬆下幸之助創辦的,為進行世界一流的研發工作而組建的全新的研究所。在我之前擔任研究室長的都是從全國各地的大學過來的、卓有成績的副教授(或年輕的教授)。
在幸之助先生的一句“好啊!試著做吧!”的話語激勵下,我開始投入到研究所特彆研發項目的工作中,這其中最重要的就是,“藍色LED”的研究正式開始瞭。
雖然之前也曾接觸過紅色LED、綠色LED 等,但我注意到:唯獨“藍色LED”是前人尚未到達的,我暗暗下定決心:“這正是我要做的事。”
晶體管的工作原理是利用電子的高速移動,所以半導體專業的人把它稱為“移動性”半導體。另一方麵,LED(發光二極管)和LD(激光二極管)都是將電子能量轉化為光能,因而又被稱為“發光性”半導體。LED 和LD 是光電子工程學領域的核心。那麼,這種光色的不同是怎麼産生的呢?
簡單地說,若電子的能量小即發齣紅光,電子的能量大則發齣藍光。為瞭發齣藍光,必須使用具有大能量的半導體材料。
而半導體又分為“元素半導體”和“化閤物半導體”,“元素半導體”是指這個元素本身就具有半導體的性質,鍺、矽等就是這樣的元素。而“化閤物半導體”是由兩種以上的元素配比形成化閤物,並由此顯現齣半導體的性質。利用化閤物半導體的這一特性,就能製作齣發光二極管。

前言/序言


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