- LED merah dan hijau muncul pada 1960-an, tetapi tanpa LED biru, peralihan pencahayaan untuk membuat putih dan semua warna dengan RGB tertunda selama puluhan tahun
- Cahaya biru membutuhkan band gap yang lebih besar, dan zinc selenide serta gallium nitride sulit dikomersialkan karena penerapan tipe-p, cacat kristal, dan batas keluaran
- Shūji Nakamura dari Nichia memilih gallium nitride ketika arus utama berfokus pada zinc selenide, lalu menembus masalah kualitas kristal dengan modifikasi peralatan MOCVD dan two-flow reactor
- Setelah itu, ia menggabungkan annealing pada gallium nitride yang didoping magnesium, lapisan aktif indium gallium nitride, dan lapisan penghalang aluminum gallium nitride untuk menyelesaikan LED biru terang 450 nm·1.500 microwatt
- Nichia memproduksi 1 juta unit per bulan pada 1994 dan berekspansi ke LED putih pada 1996; penjualan lampu LED naik dari 1% penjualan pencahayaan hunian global pada 2010 menjadi lebih dari separuh pada 2022
Mengapa LED biru adalah keping terakhir revolusi pencahayaan
- Warna LED berasal bukan dari penutup plastiknya, melainkan dari struktur elektronik
- LED transparan pun bisa menyala dengan warna merah yang sama
- Casing lebih berperan untuk membedakan LED
- Pada 1962, Holonyak dari General Electric membuat LED cahaya tampak pertama, dan LED ini bersinar merah redup
- Setelah itu, para insinyur Monsanto membuat LED hijau, tetapi selama puluhan tahun LED tetap terbatas pada merah dan hijau
- Jika LED biru memungkinkan, merah·hijau·biru dapat dicampur untuk membuat putih dan semua warna
- LED bisa diperluas ke seluruh bidang pencahayaan seperti bohlam, ponsel, komputer, TV, dan papan reklame elektronik
- Sejak 1960-an, perusahaan elektronik besar seperti IBM, GE, dan Bell Labs terjun mengembangkan LED biru, tetapi ribuan peneliti pun tidak berhasil
- Seorang direktur Monsanto memperkirakan LED tidak akan menggantikan lampu dapur dan hanya akan dipakai pada peralatan rumah tangga, dasbor mobil, dan indikator stereo
Cara LED menghasilkan cahaya
- Lampu pijar mengalirkan arus ke filamen tungsten hingga panas, lalu menghasilkan cahaya
- Sebagian besar radiasi elektromagnetik yang dipancarkan adalah inframerah, yaitu panas
- Cahaya tampak hanya sebagian sangat kecil
- LED, sesuai namanya light emitting diode, adalah perangkat yang terutama menghasilkan cahaya sehingga jauh lebih efisien
- Diode adalah perangkat dengan dua elektroda yang membuat arus hanya mengalir satu arah
- Ketika atom-atom dalam semikonduktor membentuk padatan, tingkat energi elektron membentuk energy band yang rapat
- Band tertinggi yang berisi elektron adalah valence band
- Band di atasnya adalah conduction band
- Selisih energi antara kedua band adalah band gap
- Semikonduktor murni memiliki kegunaan terbatas, sehingga diperlukan doping, yaitu memasukkan atom pengotor ke kisi
- Memasukkan phosphorus ke silicon menghasilkan elektron ekstra dan menjadi semikonduktor tipe-n
- Memasukkan boron ke silicon menghasilkan hole dan menjadi semikonduktor tipe-p
- Jika tipe-p dan tipe-n ditempelkan, elektron dan hole saling berdifusi dan membentuk depletion region
- Jika baterai dihubungkan terbalik, depletion region membesar dan arus tidak mengalir
- Jika dihubungkan dengan polaritas yang benar, depletion region menyusut dan elektron mengalir dari tipe-n ke tipe-p
- Ketika elektron jatuh dari conduction band ke hole di valence band, energi band gap dapat dipancarkan sebagai photon
- Perubahan energi ini keluar sebagai cahaya, dan inilah prinsip kerja LED
- Besar band gap menentukan warna cahaya yang dipancarkan
- Band gap silicon adalah 1,1 eV, sehingga photon yang dipancarkan bukan cahaya tampak melainkan inframerah
- LED seperti ini dipakai pada remote TV dan dapat ditangkap kamera
- Photon cahaya biru membutuhkan energi lebih tinggi, sehingga diperlukan band gap yang lebih besar; inilah yang membuat LED biru sulit dibuat
Pertaruhan Nichia dan Nakamura
- Shūji Nakamura adalah peneliti yang bekerja di perusahaan kimia kecil Jepang, Nichia
- Nichia berekspansi ke produksi semikonduktor yang digunakan untuk membuat LED merah dan hijau, tetapi pada akhir 1980-an divisi semikonduktornya mengalami kesulitan
- Mereka kalah bersaing di pasar yang ramai dengan perusahaan yang lebih mapan
- Karyawan muda meminta Nakamura membuat produk baru, sementara karyawan senior menganggap risetnya pemborosan uang
- Laboratorium Nakamura sebagian besar terdiri dari peralatan yang ia kumpulkan dan las sendiri
- Kebocoran phosphorus menyebabkan ledakan begitu sering sampai rekan-rekannya tidak lagi datang mengecek
- Pada 1988, para atasan kecewa terhadap risetnya dan meminta Nakamura berhenti; ia lalu mengusulkan pengembangan LED biru kepada pendiri sekaligus presiden Nobuo Ogawa
- Ogawa mengalokasikan 500 juta yen, sekitar 3 juta dolar, untuk proyek Nakamura
- Jumlah ini diperkirakan sekitar 15% dari laba tahunan perusahaan
- Nakamura memutuskan belajar MOCVD di sebuah laboratorium di Florida
- MOCVD adalah peralatan yang menyuntikkan molekul uap bahan kristal ke dalam chamber panas untuk membentuk lapisan di atas substrate
- Ini digunakan sebagai teknologi inti untuk memproduksi kristal bersih secara massal, dan masih digunakan hingga kini
- Lapisan kristal kadang harus setipis beberapa atom, dan kisi substrate harus cocok dengan kisi kristal yang tumbuh di atasnya agar kristal stabil dan halus dapat terbentuk
- Di Florida, Nakamura tidak dapat menggunakan MOCVD yang berfungsi, dan menghabiskan 10 dari 12 bulan untuk merakit sistem baru
- Karena Nichia tidak mengizinkan publikasi makalah, Nakamura tidak memiliki gelar doktor maupun makalah, dan para peneliti PhD memperlakukannya sebagai teknisi tingkat rendah
- Ketika kembali ke Jepang pada 1989, Nakamura membawa pesanan reactor MOCVD baru untuk Nichia dan tekad kuat untuk memperoleh gelar doktor
- Saat itu di Jepang, seseorang bisa memperoleh PhD dengan menerbitkan 5 makalah tanpa harus masuk universitas
- Ia mendapat alternatif: bahkan jika gagal membuat LED biru, ia bisa memperoleh PhD
Memilih gallium nitride yang diabaikan arus utama
- Pada 1980-an, kandidat LED biru terutama mengerucut pada zinc selenide dan gallium nitride
- Zinc selenide tampak sebagai opsi yang lebih menjanjikan
- Saat tumbuh di atas substrate gallium arsenide dalam MOCVD, ketidakcocokan kisi hanya 0,3%
- Cacat kristalnya sekitar 1.000 per sentimeter persegi, masih dalam batas atas operasi LED
- Namun, zinc selenide tipe-n dapat dibuat dengan beberapa cara, sedangkan tipe-p tidak dapat dibuat
- Gallium nitride adalah material yang telah ditinggalkan sebagian besar peneliti
- Ketidakcocokan kisi dengan substrate sapphire mencapai 16%
- Cacatnya melebihi 10 miliar per sentimeter persegi
- Tipe-n dapat dibuat dengan silicon, tetapi tipe-p masih menjadi tantangan sulit
- LED biru komersial membutuhkan total keluaran optik setidaknya 1.000 microwatt, tetapi prototype yang ada dua orde besaran lebih rendah dari itu
- Nakamura menilai bahwa jika ia harus menerbitkan 5 makalah sendirian, gallium nitride yang lebih sedikit pesaingnya adalah pilihan lebih baik
- Pada konferensi terbesar Jepang untuk fisika terapan, lebih dari 500 orang menghadiri presentasi zinc selenide
- Hanya 5 orang menghadiri presentasi gallium nitride
- Di antara 5 orang itu ada pakar gallium nitride Akasaki dan mantan mahasiswa pascasarjananya Hiroshi Amano
- Akasaki dan Amano membuat terobosan dengan tidak menumbuhkan gallium nitride langsung di atas sapphire, melainkan terlebih dulu menumbuhkan aluminum nitride buffer layer
- Aluminum nitride memiliki jarak kisi di antara sapphire dan gallium nitride, sehingga lebih mudah membuat kristal gallium nitride yang lebih bersih
- Namun aluminum menimbulkan masalah pada MOCVD reactor sehingga sulit memperbesar skala proses
Tiga terobosan yang berturut-turut menaklukkan kristal, tipe-p, dan kecerahan
- Pada awalnya Nakamura tidak berhasil menumbuhkan gallium nitride dengan baik di reactor MOCVD baru
- Enam bulan kemudian, ia membongkar peralatan itu dan mulai membuat sendiri versi yang lebih baik
- Setiap hari ia tiba di laboratorium pukul 7 pagi
- Pagi hari ia mengelas, memotong, dan mengubah kabel
- Sore hari ia bereksperimen dengan reactor yang telah dimodifikasi
- Pukul 7 malam ia pulang, makan, mencuci diri, dan tidur, berulang seperti itu
- Ia bekerja tanpa akhir pekan dan hari libur, kecuali New Year’s Day, hari libur penting di Jepang
- Pada musim dingin 1990, satu setengah tahun kemudian, sample gallium nitride Nakamura memiliki mobilitas elektron 4 kali lebih tinggi daripada gallium nitride konvensional yang ditumbuhkan langsung di atas sapphire
- Kuncinya adalah menambahkan nozzle kedua pada MOCVD reactor
- Gas reaksi gallium nitride sebelumnya naik di chamber panas, bercampur di udara, dan menjadi limbah bubuk
- Nozzle kedua mengirim aliran inert gas ke bawah agar aliran pertama menempel pada substrate dan membentuk kristal yang seragam
- Para ilmuwan menghindarinya karena mengira aliran kedua akan meningkatkan turbulence, tetapi Nakamura menjaga aliran tetap laminar dengan nozzle khusus
- Ia menyebutnya two-flow reactor
- Berkat desain two-flow, Nakamura dapat menggunakan gallium nitride itu sendiri sebagai buffer layer di atas substrate sapphire, bukan aluminum nitride
- Di atasnya ia membuat kristal gallium nitride yang lebih bersih, sekaligus menghindari masalah aluminum
- Tekanan internal perusahaan semakin besar
- Pendiri Nichia, Nobuo Ogawa, mundur menjadi chairman dan menantunya Eji Ogawa menjadi CEO
- Seorang eksekutif Matsushita mengatakan di Nichia bahwa zinc selenide adalah jalan ke depan dan gallium nitride tidak punya masa depan
- Pada hari yang sama, Eji mengirim memo kepada Nakamura agar segera menghentikan pekerjaan gallium nitride
- Nakamura mengabaikan memo itu serta instruksi dan telepon berikutnya
- Nakamura menerbitkan riset two-flow reactor secara diam-diam dari Nichia, dan itu menjadi makalah pertamanya
- Hambatan kedua adalah gallium nitride tipe-p
- Akasaki dan Amano membuat gallium nitride tipe-p pertama di dunia dengan mengekspos gallium nitride yang didoping magnesium ke electron beam
- Namun mereka tidak tahu mengapa itu bekerja, dan proses menyinari setiap kristal dengan elektron terlalu lambat untuk produksi komersial
- Nakamura menilai electron beam berlebihan, lalu mencoba annealing dengan memanaskan gallium nitride yang didoping magnesium hingga 400°C
- Hasilnya adalah sample tipe-p yang sempurna
- Electron beam hanya membuat permukaan sample menjadi tipe-p, tetapi pemanasan bekerja lebih baik dan merupakan proses yang dapat diperbesar skalanya dengan cepat
- Riset ini juga mengungkap mengapa gallium nitride tipe-p begitu sulit
- Ammonia yang digunakan sebagai sumber nitrogen dalam MOCVD juga mengandung hydrogen
- Atom hydrogen berikatan dengan magnesium dan menghalangi hole
- Ketika energi ditambahkan, hydrogen keluar dari material dan hole kembali bebas
- Pada workshop St. Louis 1992, Nakamura mempresentasikan prototype LED biru dan mendapat standing ovation
- Namun warnanya lebih mendekati blue-violet dan keluaran optiknya hanya 42 microwatt, lebih rendah dari standar praktis 1.000 microwatt
- Hambatan ketiga adalah peningkatan keluaran optik
- Metode yang dikenal untuk meningkatkan efisiensi LED adalah membuat lapisan tipis bernama active layer pada p-n junction untuk sedikit menurunkan band gap
- Active layer yang paling cocok untuk gallium nitride diketahui adalah indium gallium nitride
- Lapisan ini membuat band gap lebih mudah dilampaui dan dapat menyesuaikan blue-violet menjadi true blue
- Amano mengenang bahwa gallium nitride dan indium nitride dianggap tidak bisa bercampur seperti air dan minyak
- Nakamura memanfaatkan MOCVD reactor yang dapat ia modifikasi sendiri untuk memaksa sebanyak mungkin indium masuk di atas gallium nitride, dan memperoleh kristal indium gallium nitride yang bersih
- Ketika active layer dimasukkan ke LED, well bekerja terlalu baik sehingga elektron meluap dan bocor ke lapisan gallium nitride
- Dalam beberapa bulan, ia membuat aluminum gallium nitride dan menggunakannya sebagai lapisan penghalang dengan band gap lebih besar
- Lapisan ini mencegah elektron keluar setelah masuk ke well
Komersialisasi, sengketa kompensasi, dan penyebaran lampu LED
- Pada 1992, Nakamura menyelesaikan LED biru terang
- Cukup terang untuk terlihat di daylight
- Keluaran optiknya 1.500 microwatt
- Panjang gelombangnya tepat 450 nm
- Lebih dari 100 kali lebih terang daripada LED pseudo-blue di pasar saat itu
- Nichia menggelar konferensi pers di Tokyo untuk mengumumkan LED true blue pertama di dunia, dan industri elektronik terkejut
- Dampak bisnis bagi Nichia langsung terasa
- Pesanan membanjir, dan pada akhir 1994 mereka memproduksi 1 juta LED biru per bulan
- Dalam 3 tahun, pendapatan perusahaan hampir berlipat ganda
- Pada 1996, Nichia berekspansi ke LED putih dengan menaruh yellow phosphor di atas LED biru
- Bahan kimia ini menyerap photon biru dan memancarkannya kembali sebagai spektrum luas di seluruh cahaya tampak
- Nichia segera menjual LED putih pertama di dunia
- Selama 4 tahun berikutnya, pendapatan Nichia kembali berlipat ganda
- Pada 2001, pendapatan tahunannya mendekati 700 juta dolar
- Lebih dari 60% berasal dari produk LED biru
- Kini Nichia adalah salah satu produsen LED besar dengan pendapatan tahunan miliaran dolar
- Kompensasi yang diterima Nakamura terbatas
- Gajinya setelah digandakan adalah 60.000 dolar
- Bonus per paten adalah 170 dolar
- Pada 2000, setelah bekerja lebih dari 20 tahun di Nichia, Nakamura pergi ke Amerika Serikat
- Ia mulai menjadi konsultan untuk Cree
- Nichia menggugatnya dengan tuduhan membocorkan rahasia perusahaan
- Nakamura mengajukan gugatan balik, menuntut 20 juta dolar karena tidak menerima kompensasi yang layak atas penemuannya
- Pada 2001, pengadilan Jepang memenangkan Nakamura dan memerintahkan Nichia membayar 10 kali jumlah klaim awal
- Nichia mengajukan banding, dan kasus itu akhirnya diselesaikan dengan pembayaran 8 juta dolar
- Jumlah itu kira-kira hanya cukup untuk menutup biaya hukum Nakamura
- LED biru kini menjadi bagian dari industri senilai 80 miliar dolar
- Dipakai pada lampu rumah, lampu jalan, ponsel, komputer, TV, lampu lalu lintas, display, dan lainnya
- Peringatan bahwa blue light dari layar dapat mengganggu circadian rhythm juga terkait dengan LED biru gallium nitride
- LED bulb untuk pencahayaan lebih efisien daripada incandescent atau fluorescent bulb, jauh lebih tahan lama, aman ditangani, dan sepenuhnya dapat dikustomisasi
- Tiga puluh tahun setelah LED putih muncul, bulb kelas atas dapat memilih 50.000 shade putih
- Harganya telah turun hingga hanya beberapa dolar lebih mahal daripada bohlam lain
- Berdasarkan penggunaan harian rata-rata dan tarif listrik, biaya tambahan dapat balik modal dalam sekitar dua bulan
- Penjualan lampu LED meningkat cepat
- Pada 2010, porsi LED dalam penjualan pencahayaan hunian global adalah 1%
- Pada 2022, porsinya melewati separuh
- Para ahli memperkirakan dalam 10 tahun mendatang hampir semua penjualan pencahayaan akan berupa LED
- Pencahayaan menyumbang 5% dari total emisi karbon
- Peralihan penuh ke LED diperkirakan dapat menghemat 1,4 miliar ton CO2
- Ini setara dengan menyingkirkan hampir separuh mobil dunia dari jalan
Riset dan pengakuan Nakamura setelahnya
- Nakamura kini meneliti LED generasi berikutnya, yaitu micro LED dan UV LED
- Ukuran LED standar adalah 300×200 mikron, dan yang terkecil disebut 5 mikron
- Ukurannya cukup kecil untuk dibandingkan dengan ketebalan rambut manusia
- Dapat digunakan untuk near-eye display, AR, dan VR
- UV LED dapat digunakan untuk mensterilkan permukaan rumah sakit atau dapur
- Jika UV light dinyalakan, patogen dapat mati dalam hitungan detik
- Pada masa COVID-19, harga saham perusahaan UV LED melonjak karena orang berharap teknologi itu dipakai untuk sterilisasi COVID-19
- Light emitting diode menggunakan indium gallium nitride, sedangkan UV memakai aluminum gallium nitride yang memiliki band gap lebih besar
- UV LED berfungsi, tetapi biaya menjadi masalah
- Efisiensinya di bawah 10% dan biayanya sangat tinggi
- Jika efisiensi melebihi 50%, biayanya bisa menjadi hampir sama dengan mercury lamp
- Nakamura baru-baru ini juga memulai perusahaan nuclear fusion dan mengatakan bahwa ia tertarik pada fisika
- Pada 2014, Nakamura, Akasaki, dan Amano menerima penghargaan fisika atas jasa mereka membuat LED biru
- Setelah itu, Nakamura secara terbuka berterima kasih kepada Nichia karena mendukung risetnya dan menawarkan untuk berkunjung serta berdamai, tetapi Nichia menolaknya dan hubungan mereka tetap dingin
- Hingga mengumumkan LED biru pada 1994, Nakamura telah menerbitkan lebih dari 15 makalah dan akhirnya memperoleh gelar doktor teknik
- Saat ini ia telah menerbitkan lebih dari 900 makalah
- Warna favoritnya adalah biru, dan ia mengatakan laut di depan rumahnya di desa nelayan saat kecil selalu berwarna biru
1 komentar
Opini Hacker News
Ini benar-benar kisah yang luar biasa. Kita punya LED biru sekarang karena satu orang mempertaruhkan segalanya dan terus mendorongnya, dan menakjubkan bahwa kadang begitu banyak hal benar-benar bergantung pada satu orang
Itu juga mungkin karena peneliti tersebut benar-benar menguasai keterampilan elektromekanis. Membuat kita membayangkan apa saja yang bisa dicapai lebih cepat jika keterampilan seperti ini lebih tersebar luas
Kesulitan karena tidak punya gelar doktor terutama terjadi karena rekan-rekannya tidak benar-benar menghargai jenis keterampilan yang berbeda
Seorang profesor kimia yang saya kenal menganggap hal seperti ini penting. Ia memiliki gudang komponen dan peralatan, dan jika ada kesempatan mendapatkan peralatan murah yang relevan, ia akan mengamankannya
Para mahasiswa sering membuat sendiri peralatan yang mereka butuhkan. Mungkin tidak sekelas peralatan ilmiah, tetapi biasanya cukup untuk memvalidasi arah riset, atau nantinya membenarkan pembelian maupun akses ke peralatan resmi
Para mahasiswa itu sangat memahami nilai yang mereka peroleh, dan itu sama dengan nilai yang terlihat pada orang yang membuat LED biru. Mereka menjadi jauh lebih tidak bergantung, serta memiliki inisiatif dan kendali yang lebih langsung
Secara historis pun, sebagian besar pemahaman ilmiah yang kita andalkan dan manfaatkan dalam rekayasa berasal dari orang-orang yang bukan hanya berpikir dan mengamati, tetapi juga bisa membuat sesuatu sendiri; dan kemampuan komputasi juga perlu ditambahkan ke sini
Dunia akademik, riset publik, maupun riset swasta semuanya perlu jauh lebih banyak mengadopsi cara seperti ini
Ternyata bukan hanya lampu pijar, tetapi juga pencahayaan LED pada akhirnya dimungkinkan oleh upaya yang benar-benar bergaya Edison
Hingga 1980-an, cara menangani peralatan dalam riset industri berbeda dari sekarang. Perusahaan energi yang berkantong tebal seperti Exxon atau Shell, ketika menata ulang laboratorium atau mengganti peralatan, menumpuk peralatan bekas di gudang surplus, dan rata-rata setelah 5–10 tahun peralatan itu diberi label untuk dibuang
Dulu, peneliti penanggung jawab diharapkan terlebih dahulu mencari barang yang masih bisa dipakai di gudang yang sangat besar sebelum mengajukan peralatan baru, sehingga barang-barang itu disimpan sebagai sumber daya. Namun, tidak ada lagi yang melakukan itu, harga energi melonjak, dan perusahaan minyak punya banyak uang, sehingga selama bertahun-tahun mereka hanya membeli peralatan baru
Gudangnya besar, tetapi akhirnya penuh, dan karena ruang harus dikosongkan secara berkala, barang-barang itu dijual lewat lelang. Tunai pada hari penjualan, apa adanya, di tempat, tanpa jaminan apa pun
Saya hanya memilih dengan hati-hati sebagian sangat kecil dari barang yang melewati gudang itu, tetapi itu saja sudah beberapa kali lipat tonase peralatan yang biasanya bisa ditangani seorang doktor sepanjang kariernya
Banyak doktor tidak mau menyentuh peralatan sendiri dan menyuruh intern melakukannya. Karena itu, jarang orang yang paling maju secara ilmiah di laboratorium memanfaatkan keterampilan tangan, dan sebaliknya jarang pula orang yang paling mahir menangani sesuatu dengan tangan mendapatkan pemanfaatan ilmiah maksimal dari kemampuan itu
Saat itu saya bekerja sama dengan orang-orang dari pihak tersebut yang datang ke laboratorium saya, serta pelanggan non-riset, dan tidak ada yang memalukan dari memakai peralatan bekas yang masih ditempeli stiker inventaris pemilik aslinya. Justru kami terus membuktikan kinerja yang setara atau lebih baik dibanding pekerjaan internal mereka
Mereka bahkan tidak terpikir untuk memakai peralatan surplus perusahaan mereka sendiri, atau turun melihat betapa luar biasanya jumlah barang di gudang. Memang budayanya tidak melakukan itu
Menurut saya videonya benar-benar dibuat dengan sangat baik. Menyampaikan sains kepada publik secara mudah diakses pada tingkat yang tepat itu sulit, dan Derek melakukannya dengan hebat
Penjelasan LED sekitar menit ke-4 khususnya bagus. Apakah ada orang yang familier dengan fisika semikonduktor bisa memberi tahu seberapa baik penjelasan ini memodelkan kenyataannya?
Ketika dikatakan bahwa elektron “merasakan” atom-atom di sekitarnya, itu merujuk pada akibat dari material yang bersifat kristalin, yaitu memiliki struktur yang teratur dan tertata. Struktur teratur ini menciptakan potensial periodik, lalu potensial itu dimasukkan ke persamaan Schrödinger, kemudian syarat kontinuitas dan simetri translasi diterapkan pada fungsi gelombang
Jika solusi persamaan Schrödinger dihitung dengan syarat tersebut, akan muncul tingkat energi yang diizinkan dan tidak diizinkan, dan hubungan antara energi serta momentum di dalam kisi kristal juga terlihat. Jika membaca Wikipedia tentang Kronig-Penney Model, Anda bisa mengikuti prosesnya
Ini bergantung pada periodisitas, sehingga bisa berbeda menurut arah di dalam kristal. Meski begitu, penjelasannya tidak keliru; saat menumbuhkan perangkat semikonduktor, arah kristal diselaraskan agar arus mengalir ke arah yang diinginkan, sehingga hasil penyederhanaan yang melihat band gap sebagai satu angka tetap valid
Penggambaran pita yang miring ke bawah ketika ada potensial atau tegangan yang diterapkan juga sesuai dengan cara perubahan potensial digambarkan dalam diagram perangkat semikonduktor. Lihat Solid State Electronic Devices karya Streetman and Banerjee
Ini pengantar yang sangat baik tentang perilaku semikonduktor, tetapi seperti yang juga dikatakan orang lain, video ini melewatkan detail yang sangat penting, yaitu direct band gap dan indirect band gap. Bagian yang dihilangkan dalam video adalah bahwa kristal memang merupakan struktur berulang yang sangat teratur, tetapi tidak terlihat sama di semua arah. Jadi bukan hanya ada satu band gap; ada beberapa band gap bergantung pada arah kristal yang dilihat
Anda mungkin bertanya mengapa arah itu penting; di sini kita kembali masuk lebih dalam ke mekanika kuantum. Ketika satu foton diserap dalam semikonduktor, momentum dan energi keduanya harus kekal. Momentum foton sebesar band gap Silicon sangat kecil, sedangkan momentum elektron konduksi pada suhu ruang jauh lebih besar. Jadi, dengan sedikit penyederhanaan, transisi akibat penyerapan foton terjadi tanpa perubahan momentum, dan kita hanya melihat struktur pita pada arah kristal tertentu beserta pembawa bebas yang terkait
Secara khusus, Silicon memiliki indirect band gap, dan elektron pita konduksi energi minimum serta hole pita valensi memiliki momentum yang berbeda. Akibatnya, Silicon bisa menyerap foton untuk membuat detektor, tetapi tidak bisa dibuat memancarkan foton secara efisien seperti LED. Video ini keliru pada bagian tersebut
Namun inti video adalah LED biru dalam sistem material GaN, dan GaN jelas merupakan material direct band gap, jadi ini bukan masalah besar. Jika seseorang membuat perangkat pemancar cahaya yang bisa diproduksi dari Silicon murni, itu akan menjadi revolusi mutlak bagi optical computing dan fotonik. Setidaknya selama lebih dari 20 tahun, ini telah dikejar seperti cawan suci
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
Situasinya seperti, “Terima kasih atas pendapatan miliaran dolarnya, tapi ingat kan aku pernah bilang jangan mencoba memecahkan masalah LED biru dengan GaN? Nah, ambil 147 dolar untuk patenmu dan kosongkan mejamu. Kamu dipecat”
Kemampuan pencarian saya kurang bagus jadi sulit menemukannya, tetapi saya menemukan wawancara ini
https://www.jsap.or.jp/jsapi/Pdf/Number02/Interview.pdf
Saya suka bagian dalam wawancara terakhir ketika Nakamura menjelaskan bahwa ia tumbuh di desa nelayan yang menghadap laut, dan karena itu ia jadi menyukai warna biru
Setelah LED biru masuk pasar pada 1990-an, dalam kurang dari 10 tahun LED itu menjadi barang pajangan seharga beberapa dolar di toko elektronik.
Pada masa itu, komunitas teknisi komputer berbasis web juga berkembang pesat. Tempat-tempat seperti forum web.
Pertemuan kebetulan ini berujung pada hubungan cinta pada pandangan pertama. Kalau dilihat sekarang, meski baru sekitar 20 tahun lalu, selama beberapa tahun sekitar 2000–2005 tren wajib dalam budaya nerd komputer adalah demam LED biru.
Rasanya elite, mutakhir, langka, dan sangat teknologis. Sekarang jadi lucu kalau mengingat casing PC berjendela yang dijejali LED dan diterangi mencolok dengan cold cathode, lalu mouse, speaker, dan berbagai perangkat elektronik diubah dengan susah payah menjadi biru.
Beberapa tahun kemudian, sekitar 2005, pasar komersial mengambil alih tren itu dan membuatnya terasa membosankan serta ketinggalan zaman. Para hacker dan overclocker tidak lagi tertarik, dan LED super-terang malah mulai terasa mengganggu.
Dalam kira-kira 5 tahun, tren LED biru dalam budaya modding dimulai, mencapai puncak, dikomersialkan, lalu menjadi sumber kerepotan. Pada titik itu, kami mulai buru-buru menutupi hasil modifikasi yang menyilaukan dengan produk biru lain, yaitu Blu-Tack.
Persinggungan singkat antara LED biru dan budaya hacker ini akhirnya ke mana? Di pasar komersial, ia berubah menjadi arus “RGB” pada hardware komputer yang menyala-nyala. Hal-hal seperti kipas RGB, casing RGB, dan panel RGB pada kartu grafis. Meski begitu, saya tetap merasa LED biru masih cukup keren.
https://en.wikipedia.org/wiki/Blu_Tack
Saking menjengkelkannya, saya sering menutupinya dengan berbagai jenis selotip. Syukurlah masa itu sudah berakhir.
Karena itu, saya tidak pernah benar-benar mengerti lampu dekoratif di kantor lama.
Dindingnya memiliki lampu-lampu kecil berbagai warna yang tersebar, jadi penggunaan LED tanam masih masuk akal. Namun alih-alih memasang diffuser netral pada LED berwarna, mereka memakai LED tiga warna merah+hijau+biru untuk membuat cahaya putih, lalu memasang lagi plastik merah/hijau/biru di depannya untuk memberi warna kembali.
Saya paham bahwa perakitan atau perawatannya mungkin lebih murah, tetapi saya selalu merasa tidak nyaman melihat sistem yang terdiri dari komponen-komponen yang saling membatalkan pekerjaan satu sama lain. Rasanya seperti tidak menghormati teknologi.
Technology Connections dalam 5 tahun terakhir membuat 3 video yang sebagian besar isinya membenci LED biru yang dipakai pada lampu hari raya. Sepertinya saya hanya menonton video dari 2 tahun lalu, tetapi sekarang saya jadi melihatnya meski tidak ingin melihat.
Birunya memang terlalu biru. Kalau melihat satu set lampu yang semuanya biru, rasanya sampai sulit ditahan. Yang benar adalah memakai cahaya putih lalu menutupinya dengan plastik biru.
https://youtu.be/PBFPJ3_6ZWs?si=sTeRrqQ5umHsNCgz
https://youtu.be/cQgcTkXacAc?si=CDj0G9Sh7S-wbLjN
https://youtu.be/va1rzP2xIx4?si=cAp65hnmwtkrXgDc
Ini kisah yang luar biasa dan menginspirasi tentang ketekunan dan tidak menyerah.
https://images.squarespace-cdn.com/content/v1/595d3fb837c581...
Namun benar-benar membuat frustrasi melihat betapa Nichia Corp tidak tahu berterima kasih kepada Nakamura. Ia adalah underdog yang menembus segala macam rintangan dan memungkinkan lebih dari 65% pendapatan perusahaan.
Orang-orang seperti CEO Nichia saat itu, yaitu keponakan yang mewarisi perusahaan secara nepotistik lalu meninggalkan metodologi sukses pamannya, benar-benar bodoh. Keberhasilan itu terjadi bukan berkat mereka, melainkan meski ada mereka, walaupun permainan angka yang tanpa imajinasi dan kepicikan seperti itu terus menghambat di setiap langkah.
Selain tidak patuh, ia juga membuat atasannya terlihat bodoh. Tentu saja, cukup jelas juga bahwa yang kita dengar hanyalah cerita dari pihak Nakamura.
10 menit pertama adalah penjelasan terbaik tentang konduktor, isolator, dan semikonduktor yang pernah saya lihat. Sisanya adalah kisah manusia yang memikat dengan bumbu sains.
Semangat maker dan eksperimenter terasa sangat kuat, dan di bagian akhir juga ada kalimat untuk orang-orang di bidang perubahan iklim dan fusi nuklir.
Video ini bagi saya yang sudah dewasa terasa seperti Back to the Future saat saya kecil. Semua yang dibutuhkan ada di dalamnya.
Video ini mengingatkan saya pada wawancara beberapa tahun lalu. Saya berbicara dengan startup robotika menarik di Tokyo, tetapi ditolak karena saya bergelar master sementara kandidat lain bergelar doktor.
Pekerjaan itu menawarkan gaji 65 ribu dolar per tahun, hampir tanpa saham, dan benefit yang sangat sedikit. Beberapa minggu kemudian saya mendapatkan pekerjaan di San Francisco dengan total kompensasi lebih dari 250 ribu dolar dan benefit yang banyak.
Kompensasi engineer di Jepang cukup rendah, dan stereotip bahwa pekerja diperas habis-habisan masih benar.
Selain itu, banyak dari mereka juga fasih berbahasa Inggris. Di Bay Area, mereka bisa menghasilkan dua kali lipat dengan jam kerja setengahnya.
Meminjam beberapa ungkapan di sini, “kita memiliki LED biru karena satu orang mempertaruhkan bertahun-tahun hidupnya pada idenya, meski menghadapi penentangan besar.”
Itu hal yang luar biasa bagi kita, tetapi kita juga perlu melihat biaya nyata dari keberhasilan ini. Mungkin ratusan, bahkan mungkin ribuan orang juga bekerja keras dan mempertaruhkan bertahun-tahun hidup mereka, tetapi gagal. Dalam gaya Willy Wonka, mereka kalah dan tidak mendapat apa-apa.
Jika ribuan orang bekerja keras dan mempertaruhkan bertahun-tahun hidup mereka tetapi gagal, kemungkinan besar sebagian besar dari mereka tidak mengerjakannya di laboratorium.
Sebagian mungkin mencari nafkah di tempat seperti perusahaan fast-food, dan lebih buruk lagi, mungkin berada di posisi yang bahkan menghalangi mereka memperbaiki mesin milkshake yang rusak.
Sebaliknya, para PhD yang bukan eksperimentator hebat mengambil porsi yang cukup besar dari peralatan dan fasilitas. Jadi, meskipun ada sangat banyak fasilitas mahal, itu tidak banyak berguna, dan mayoritas orang yang sebenarnya bisa menghasilkan sesuatu akhirnya tidak pernah sempat mencoba pekerjaan seperti itu sama sekali.