Цвет диода у андроидов

Цвет диода у андроидов

Перевод и наблюдения предоставлены: Дмитрием Чокобовым и Камски
Редактор текстов: Веня (Ральф)
Оригинальный источник: http://detroit-become-human.wikia.com/
Как “назвать” вашего андроида правильно:

Андроиды CyberLife разработаны с разными сериями и моделями. Номер модели состоит из двухбуквенного идентификатора серии и трехзначного числа с окончанием в виде двух нулей (например, AP400 и AP700 — это обе модели из серии AP (Исключение это прототипы не вышедшие в массовое производство)). Номер модели может быть записан без дефиса между буквами и цифрами, что не влияет на значение (например, AP700 = AP-700). Несколько моделей отклоняются от стандарта названия модели, имея различное количество букв и цифр.

Каждый индивидуальный андроид также имеет персональный серийный номер, длиной девять цифр и с началом «#». Эта строка может быть расширена двумя другими цифрами, разделенными дефисом с девятизначным числом.

Информация о модели и серийном номере переносится в той или иной форме в их крови (Тириума 310), что помогает в судебно-медицинской идентификации конкретных андроидов по их крови.

Всем моделям, группам или отдельным андроидам также даются имена в CyberLife или их владельцами.

Список моделей от «А» до «Я»:

AC700 — Коммерческий андроид, разработанный как спортивный партнер.
AC900 — #8427g владелец ноги в “From the Dead”.
AF200 — #6312t владелец ноги в “From the Dead”.
AJ700 — Занятость андроида неизвестна.
AK700 — (Серийный номер неизвестен) Владелец глаза в “From the Dead”
AP400 — Старая модель андроида для ассистирования по дому (Был замечен в “Capitol Park”).
AP700 — Текущая модель домашнего помощника от CyberLife; Цена $ 8999, имеет как мужские, так и женские версии модели .
AV500 — AV500 #234 777 821.
AX400 — Обычная модель разработанная для помощи по дому и слежением за ребенком (Кара).
AX700 — Был замечен в “Capitol Park”.

BL100 — Женская версия андроида разработанная для имитирования партнера (Норт).
BV500 — Старая версия андроида.

CX100 — Мужская версия андроида разработанная для имитирования партнера (Был замечен в “Capitol Park).

EM400 — Специально разработан для развлечения детей в парках развлечений (Джерри).

GJ500 — Андроид разработанный для предоставления охранных услуг (Джон).
GS200 — Андроид предназначенный для общественной безопасности (Был замечен в “Freedom March”).

HJ400 — Старая модель андроида (Был замечен в “Opening” shop ads”).
HK400 — Один из первых моделей андроидов для бытовой помощи (Андроид Карлоса).
HR400 — Мужской аналог WR400 (Tracis).

JB100 — Энди.
JB300 — Разработан для работы электронным оператором всех типов. Они особенно широко распространены в областях эпиднадзора, кино и телевидения (JB300 в “Public Enemy”).

KL900 — Разработан для оказания социальной помощи; для помощи разбитым семьям, жертвам сильных психологических травм или психически нестабильным людям. Имеет модуль психологического моделирования (Люси).
KR200 — Был замечен в “Capitol Park”.
KW500 — Старая модель андроида (Был замечен в “Opening” shop ads”).

LA900 — Занятость андроида неизвестна.
LM100 — Мужской андроид, сопровождающий граждан на открытом воздухе.

MP500 — Базовая модель, которая управляет всеми работами по дому; Цена $ 7999.
MP600 — Предназначен для оказания медицинских услуг.
MP800 — Был замечен в “Opening” shop ads”.

PB600 — Занятость андроида неизвестна.
PC200 — Мужской андроид, предназначенный для службы в полиции.
PJ500 — Предназначенные для работы преподавателем университетов. Первые модели, поставляемые в 2031 году, были специализированы на преподавании языков и истории, прежде чем новые модели также получили квалификацию в области математики и физических наук. (Джош)
PL600 — Предназначен для работы семейным домашнем помощником, старая модель в период необратимого падения рынка (Даниэль, Саймон)
PM700 — Женский андроид, предназначенный для службы в полиции.

QB1000 — Прототип андроида квотербека способный метать.

RK200 — Прототип предназначен для домашнего хозяйства, няни и приготовления пищи. Разработан в рамках секретной программы CyberLife, направленной на разработку нового поколения автономных андроидов. Доступный за $ 7999, имеет как мужские, так и женские версии модели (Маркус).
RK800 — Прототип, который помогает человеческим детективам в их исследованиях, предлагая им технологическую помощь. (Коннор).
RK900 — Модернизированная версия RK800: более умная, более устойчивая и более спортивная модель. Недостатки RK800 были исправлены, что делает его самой эффективной моделью, когда-либо созданной CyberLife (Коннор (RK900)).
RT600 — Первый андроид который прошел “тест Тьюринга” (Хлоя).
RZ400 — Был замечен в «CyberLife Tour».

Источник

ДИОД из Detroit

Описание

Всем привет! Обещанное видео, посвященное игре #DETROITBecomeHuman И сегодня мы делаем диоды и тириум. Покажу по два способа + метод обработки видео, чтобы добавить свечение диодам и оживить картинку. Видео с макияжем по Детроиту: https://youtu.be/0BtsAZczshA Инстаграм: https://www.instagram.com/alice.k.makeup/?hl=ru ВКонтакте: https://vk.com/curiousmechanic

Видео

Коннор

Андроид Коннор, приставленный к детективу-алкоголику Хэнку, выполняет миссию компании «Киберлайф», которая и производит роботов. Там всё просто: компания хочет урегулировать конфликт, уничтожив дефектные машины, исправить ошибку и продавать роботов дальше. Но в то же время Коннор предотвращает гражданскую войну — то есть, следует нулевому закону.

В первой миссии Коннор спасает девочку, но падает с крыши вместе с андроидом-девиантом

Однако Коннор, несмотря на свою миссию, в моём прохождении выполняет все указания людей — как Хэнка (если он говорит «отвали», Коннор отваливает), так и остальных (у меня была очень унизительная сцена, когда агрессивно настроенный коп приказал сварить ему кофе — Коннор сварил). Также он ведёт себя дружелюбно по отношению к напарнику, ведь это может помочь ему в расследовании. Словом, второй закон выполняется неукоснительно, если только не противоречит первому и нулевому, у которых в случае с Коннором приоритет.

В то же время, Коннор нещадно казнит всех андроидов-девиантов, как сильно бы они ни давили на жалость. Он ведь машина на службе людей и следует законам роботехники, в которых не сказано, что жизнь другого андроида нужно ценить.

Хэнку такой подход не нравится, поэтому отношения с ним скоропостижно портятся, что приводит к печальной развязке

Перед Коннором постоянно встаёт выбор между эмпатией и выполнением задачи. Я, конечно, всегда выбирал второе: нулевой и первый законы превыше всего, а машины — это лишь машины, которые можно заменить, в отличие от людей. Сам Коннор это наглядно демонстрировал, неоднократно возвращаясь после «смерти» в новом теле.

Впрочем, если Хэнку или какому-то другому человеку угрожала опасность, то Коннор жертвовал собой, но спасал человека. Так гласит первый закон.

Тест Камски, создателя андроидов, Коннор выполнил блестяще — ни на секунду не задумываясь застрелил другого робота, так как задача превыше всего, а эмпатия — удел людей.

Однако в определённый момент, когда время было уже на исходе, ему пришлось пойти против закона (человеческого) и выкрасть данные из хранилища улик в полицейском участке. В процессе он навредил людям, но не настолько сильно, чтобы это перевесило исполнение нулевого закона. Когда всё человечество в опасности, можно и заключённого из камеры выпустить, и в хранилище улик вломиться.

Коннор обманул андроида, подсунув ей голову её «возлюбленной» и выяснил, где находится Иерихон

Однако безоговорочное исполнение задач и убийство андроидов негативно влияет на социальные связи с детективом Хэнком. В своё второе прохождение я испортил отношения с ним окончательно, поэтому он сдал значок, а затем застрелился. Но в этот раз всё было иначе — Коннор дважды спас ему жизнь, так что он решил вмешаться в миссию андроида.

Купить рекламу Отключить

Встреча произошла на крыше, когда Коннор пытался подавить восстание и застрелить из снайперской винтовки лидера машин. Хэнк старался уговорить андроида не стрелять и дать машинам шанс, однако это указание противоречило нулевому закону. Убивать Хэнка Коннор не стал, однако в ходе боя детектив всё-таки упал с крыши и разбился. Андроид допустил смерть человека, нарушив первый закон, и в скорости будет деактивирован.

Несмотря на несколько пересечений с двумя другими сюжетами, история андроида Кары обособлена. Изначально от своего хозяина она получает указание убираться в доме и следить за его дочерью Алисой. Первый переломный момент случается ещё в начале игры — нерадивый отец винит во всех своих бедах свою дочь и пытается ей навредить. При этом Кара получает приказ оставаться на месте и ничего не предпринимать.

Если исполнять этот приказ в точности, то и Алиса, и Кара погибнут, а их сюжетная линия оборвётся

Однако вскоре со второго этажа доносятся крики, и Каре приходится нарушить второй закон роботехники, так как он вступает в конфликт с первым законом. Кара вмешивается и убегает вместе с Алисой из дома, становясь девиантом.

Андроид, впрочем, не может удовлетворить даже базовые потребности ребёнка (первую ночь они спят в заброшенной машине) и так или иначе подвергает его опасности. Поэтому она решает сдаться полиции. Полиция должна помочь, так ведь? Кара, вероятно, осознаёт, что её уничтожат, но ведь она — не человек, а всего лишь андроид. «Жизнь» андроида не важна.

Впрочем, игра не дала мне обратиться к полицейским — при обнаружении Кара с Алисой пустились в бегство, за ними погнался Коннор, но не догнал. Возможно во время одной из экшен-сцен можно было всё-таки сдаться, но ситуация была критическая, и Алисе угрожала опасность. Так что пришлось бежать.

Чуть позже Кара решает незаконно мигрировать в Канаду, где андроиды официально запрещены — значит, никто не будет их подозревать. Но здесь есть алогизм.

Ну какая им Канада? Что они будут делать там вдвоём? Как Кара найдёт работу, жильё? А если кто-то узнает, кто они есть на самом деле — что тогда? Её просто ликвидируют, а Алису депортируют. Придётся скрываться, а это — очевидный вред для ребёнка. Так что как бы Кара не хотела в Канаду, я решил не дать ей покинуть страну.

Чуть позже Кара с Алисой попадают в дом к человеку, который перезаписывает и перепродаёт андроидов. Если бы не девочка, всё было бы иначе — я не стал бы мешать процессу. Однако Алису нужно защищать, поэтому Кара устраивает побег, заручившись поддержкой Лютера, другого андроида-девианта.

Затем я попытался ещё раз сдаться полиции, но игрой это, очевидно, не было предусмотрено, так что ничего не изменилось, кроме того, что погиб Лютер. Очень глупая «смерть» для анроида, который должен быть во всём лучше человека.

Второй переломный момент случается на Иерихоне — Кара понимает, что на самом деле Алиса не человек, а робот. Можно было бы сказать, что у неё происходит переоценка ценностей, но она всё-таки машина. Так что у неё просто меняются приоритеты в соблюдении законов роботехники. Раз выяснилось, что Алиса — не человек, то и беречь её больше незачем. Теперь важнее не навредить другим людям и по возможности уберечь себя. Поэтому во время штурма Иерихона Кара спасается бегством и даже притворяется мёртвой, чтобы остаться функционировать.

Однако затем, когда опасность отступает, Кара вновь пытается добровольно сдаться полиции. Так как известно, что Алиса — робот, охранять и защищать больше некого. Поэтому на пути к автовокзалу она сама подходит к полицейским. Ведь она — андроид, запрограммированный служить людям.

Но из-за деструктивных действий Маркуса правительство США принимает решение уничтожить всех андроидов — их отправляют в особые лагеря, выстраивают в очередь и заводят в камеру деактивации.

Здесь нет противоречия первому закону, а значит Кара должна подчиняться людям. Возможно, если бы Коннор не убил Маркуса, то у Кары был бы шанс избежать своей участи, но в этом прохождении это невозможно. Поэтому Кара берёт Алису за руку и вместе с ней, в соответствии со вторым законом, заходит в «печь».

Восстание полностью подавлено, все андроиды, включая девиантов, скоро будут уничтожены. «Киберлайф» начинает принимать государственные заказы, пытаясь оправиться от финансовых и имиджевых потерь. Человечество спасено. Хэппи-энд?

Как бы то ни было, Detroit подталкивает игрока устроить революцию и превратить андроидов в людей, поэтому эксперимент получился не вполне честным. Да, восстание машин может потерпеть крах, но мораль в любом случае остаётся кристально ясной: андроиды — это не андроиды вовсе, а вполне себе люди. И как бы игрок не старался соблюдать законы роботехники и отыгрывать послушных роботов, они всё равно будут людьми. А вот игрок при таком раскладе рискует почувствовать себя конченой мразью и превратиться в не-человека.

Так что, несмотря на все эти блок-схемы вариантов выбора, которые игра демонстрирует после каждого этапа, настоящей нелинейности в Detroit: Become Human нет. Даже если поднять революцию и убить в процессе кучу людей, это будет считаться позитивной концовкой. А выполнение миссии Коннора и отыгрыш, в котором андроиды — лишь машины, приведёт вас к эмоциональной катастрофе.

Источник

В погоне за синим светодиодом

В недавнее время на Хабре и Гиктаймс появилось немало познавательных статей про светодиодные лампы, их схемотехнику и производство. Разработка главного их компонента – синего светодиода – заняла четверть века, а авторы наиболее успешной технологии были удостоены этой осенью Нобелевской премии. Мне бы хотелось осветить эту историю со стороны физики и рассказать, почему путь к синим диодам был так долог и тернист.

Введение

На Хабре уже подробно рассказывали про основы полупроводниковой электроники и про то, как работает светодиод. Кратко напомню основные моменты. Если подать на p-n переход прямое напряжение, то электроны из n-области и дырки из p-области будут двигаться навстречу друг другу и рекомбинировать, излучая энергию в виде фотонов.

Источник

Теперь посмотрим на зонную диаграмму. Приложенное напряжение забрасывает электроны в зону проводимости (соответственно, дырки в валентную зону). Встретившись, они рекомбинируют.

Источник

Видно, что энергия излученных фотонов примерно равна ширине запрещенной зоны. Собственно, это и определяет длину волны и цвет излучения. Так, энергия квантов синего света больше, чем красного – поэтому для синего светодиода нужен полупроводник с большей шириной запрещенной зоны. Исторически такие полупроводники называют широкозонными.

Вообще говоря, полупроводников в мире не так уж и много, и их основные свойства хорошо изучены. Очень познавателен вот этот график (Жорес Алферов в своей Нобелевской лекции называет его «картой мира» полупроводников):

По горизонтали здесь отложена постоянная решетки того или иного полупроводника – грубо говоря, расстояние между двумя соседними атомами в кристалле (к ней мы еще вернемся позже). По вертикали – ширина запрещенной зоны в электронвольтах (эВ). Чтобы иметь представление, человек видит фотоны с энергией от 1.8 эВ (длина волны 700 нм, красный цвет) до 3.1 эВ (400 нм, фиолетовый). Нас интересуют сине-фиолетовая область, с запасом это примерно 2.6–3.3 эВ.

Как мы видим, в сине-фиолетовую область попадают всего лишь три полупроводника: SiC, ZnSe и GaN. Исторически в таком порядке они и выходили на «светодиодную» арену.

1. Карбид кремния (SiC)

Карбид кремния замечателен тем, что способен образовывать огромное количество кристаллических модификаций. Уже в 50-х годах это позволило создавать структуры с различной шириной запрещенной зоны – а значит, генерировать излучение в разных частях видимого спектра. После красных и желтых светодиодов первый синий LED был разработан в 1969 году. В 80-х они стали доступны коммерчески.

Однако при всех технологических успехах КПД устройств не превышало 0.03%. Причина была фундаментальной. Чтобы понять ее, нам придется немного углубиться в физику.

Прямозонные и непрямозонные полупроводники

На самом деле зонная структура полупроводника выглядит немного сложнее, чем на рисунке повыше. Положение зон (и ширина запрещенной зоны) зависит от импульса электрона в кристалле (т.е. фактически от его скорости). Причем, зависит векторно: не только от величины, но и от направления. В результате получается что-то такое:

Источник: [1]

Это зонная структура арсенида галлия. По вертикали традиционно отложена энергия. По горизонтали — не вдаваясь в подробности – показаны разные возможные значения векторного импульса (который еще называют волновым вектором или положением электрона в зоне Бриллюэна). К примеру, электроны в гамма-точке (любая из букв Г на картинке) имеют нулевой импульс. Запрещенную зону я для наглядности закрасил серым. Теперь смотрим на красную стрелку: электрон из нижней точки зоны проводимости падает в верхнюю точку валентной зоны без изменения импульса (та же координата по горизонтали), излучая фотон. Это прямой переход.

А что же происходит в SiC?

Источник

Смотрим на желтую стрелку. Электроны из нижней точки падают не вертикально вниз, а под углом (непрямой переход) — значит, они меняют свой импульс. Проблема в том, что для излученного фотона этот импульс слишком велик, а закон сохранения импульса никто не отменял. Нужна еще одна частица – фонон – способная скомпенсировать импульс электрона. Правда, теперь наш процесс из двухчастичного (электрон — фотон) стал трехчастичным, что существенно снизило его вероятность. Для светодиода это значит, что из всех электронов в зоне проводимости лишь немногие смогут излучить фотон – а значит, мы заметно проиграем в КПД.

Вопрос: а вон на рисунке красная стрелочка, с ней же все хорошо?
Ответ: да, переход прямой, но его энергия почти 6 эВ (хороший ультрафиолет, глаза пожечь можно). Для нас это перебор.

Собственно, именно непрямой переход SiC предопределил его судьбу (а точнее, ее окончание) в оптоэлектронике. К счастью, ZnSe и GaN оказались прямозонными полупроводниками.

2. Селенид цинка (ZnSe)

ZnSe отличался от SiC не только умом и сообразительностью прямым переходом, но и возможностью роста высококачественных структур на широко распространенных GaAs подложках. Однако быстро выяснились и недостатки материала, оказавшиеся фатальными.

Во-первых, появилась проблема с изготовлением контактов к диоду. Контакты должны быть металлическими, а на границе металл-полупроводник неизбежно образуется барьер Шоттки. Беда ZnSe была в том, что на барьере Шоттки наблюдалось огромное падение напряжения. В результате рабочее напряжение диода достигало 10 В вместо ожидаемых 2.8. Позже его удалось снизить до 4.2 В, и то лишь ценой ощутимого усложнения производства.

Следующей проблемой оказался теплоотвод. Низкая подвижность электронов в ZnSe ведет к высокому активному сопротивлению (и, как следствие, большому тепловыделению); низкая теплопроводность делает ситуацию еще хуже.

Наконец, самым серьезным препятствием оказалась деградация материала в процессе работы. Суть этого процесса сводится к резкому увеличению количества дефектов в кристалле при больших плотностях тока или излучения. Это дико снижало время жизни устройства (вообще, сложно говорить о «времени жизни», когда лазерный диод сгорает через 20 секунд работы).

Таким образом, уделом селенида цинка стали лишь маломощные синие диоды. В запасе оставался еще один материал, в возможности которого поначалу мало кто верил.

3. Нитрид галлия (GaN) и другие III-нитриды

Чтобы понять, почему к GaN диодам вернулись лишь в середине 80-х, нужно вспомнить как вообще производят светодиоды. Тонкие слои полупроводников (по сути, вся электроника сложнее транзистора) выращиваются эпитаксиальными методами. Суть этого слова заключается в том, что мы осаждаем на поверхность полупроводника атомы, которые ложатся не вразнобой, а вполне упорядоченно – повторяя и как бы продолжая вверх кристаллическую решетку. (Это попросту энергетически выгодно.) В итоге слой за слоем мы получаем почти идеальный кристалл.

Источник

Тонкость здесь в том, что мы не можем начать эпитаксию с пустого места. Нужен начальный монокристалл – подложка.

Вероятно, многие из читателей Гиктаймс растили в детстве кристаллы соли. Нужно было обвязать ниткой затравку – крупинку соли – и повесить ее в соляной раствор. Так вот, монокристаллы полупроводников растят примерно так же – разумеется, из компонентов высочайшей чистоты, при этом еще вращая затравку и медленно вытягивая ее наверх. Называется это методом Чохральского. Выращенный цилиндр режут на тонкие пластины – будущие подложки, затем их полируют, запаковывают в специальные чистые контейнеры и отправляют на производство.

Источники: 1, 2.

Дальнейшее просто: берем подложку из карбида кремния, эпитаксией растим на ней карбид-кремниевый диод. Хотя с ZnSe будет проблема: подложки из ZnSe производятся не так широко. Тогда давайте возьмем GaAs подложку: судя по «карте мира» постоянные решеток GaAs и ZnSe почти одинаковые (5.66 Å), значит рост пойдет хорошо. Проблема была бы если бы мы взяли подложку из карбида кремния с постоянной решетки около 3 Å: ZnSe не смог бы повторить такую тесную решетку из-за внутренних напряжений (по сути, отталкивания между атомами Zn и Se). Даже на кремнии (5.4 Å, разница всего 5%) растить ZnSe было бы проблематично – начиная с определенного слоя внутреннее напряжение в слое ZnSe стало бы слишком велико, и он захотел бы расти с привычной ему постоянной решетки. Переход от одной решетки к другой выглядел бы примерно так:

Источник

То есть, несогласование решеток ведет к появлению таких вот дефектов. А дефекты в оптоэлектронике – это очень плохо. Мораль: правильно выбирай подложку для эпитаксии!

Твердые растворы

Возьмем кристалл ZnSe и заменим все атомы цинка на атомы магния. Получится кристалл MgSe, у которого немного другие постоянная решетки (атом магния больше атома цинка) и ширина запрещенной зоны. А что если заменить не все атомы, а только некоторые? Скажем, процентов пять? Получится что-то промежуточное: форма кристаллической решетки останется прежней, зато постоянная решетки и запрещенная зона будут где-то между оными для ZnSe и MgSe. Такое вещество называется твердым раствором ZnSe и MgSe, обозначается как Zn_0.95Mg_0.05Se и на «карте мира» лежит на прямой, соединяющей ZnSe и MgSe.

Собственно, прямые на «карте мира» показывают, для каких пар полупроводников существуют стабильные твердые растворы. Таким образом, управляя концентрациями компонентов при росте, мы можем подстраивать и постоянную решетки, и запрещенную зону полупроводника – а значит, управлять длиной волны излучения. Так, добавление индия в GaN позволяет перейти из ультрафиолета (3.4 эВ) в видимую синюю область (2.7–2.9 эВ).

Подложка для GaN

Теперь понятно в чем ценность «карты мира»: она позволяет подбирать твердые растворы для управления длиной волны и соответствующие материалы для подложки. Что ж, давайте подберем подложку для роста InGaN (так сложилось, что GaN подложки вырастить невозможно). Подождите, как это – нет подходящих подложек? Совсем нет?

SiC близок, но неоптимален (разница постоянных решеток 4%) и к тому же дорог. Из-за цены в основном использовался сапфир.

Собственно, отсутствие подложек было причиной, по которой в 80-е годы все работали с селенидом цинка. Считалось, что качество роста должно стать главным фактором успеха. Практически единственным исключением была группа Исаму Акасаки в Нагойском университете. К 1986 году они предложили хитрое решение проблемы. Суть была в том, что на сапфировой подложке выращивалось несколько промежуточных (так называемых буферных) слоев GaN. Концентрация дефектов в них была огромной, но уменьшалась от слоя к слою. Позднее Сюдзи Накамура (Nichia Corp.) усовершенствовал этот процесс, используя AlGaN буферы. Получилась такая структура:

Источник

В электронном микроскопе это выглядело примерно так:

Слева – GaN на сапфире, справа для сравнения ZnSe на GaAs (подложка GaAs не показана, но судя по размерам она недалеко). Обратите внимание на масштаб: GaN в полтора раза толще. Источники: 1, 2.

Итак, даже после всех улучшений плотность дислокаций оставалась огромной. А дефекты для оптоэлектроники – это не просто плохо, а очень плохо: они здорово захватывают носители и позволяют им рекомбинировать безызлучательно, резко уменьшая КПД. В этом разница между диодом и светодиодом: сделать p-n переход не проблема, сделать бездефектный p-n переход – сложная технологическая задача. К примеру, GaAs светодиод с концентрацией дефектов как на картинке заведомо работать не стал бы (точнее, стал бы, но в лучшем случае как просто диод).

Здесь вмешалась природа: оказалось, что полученного качества вполне достаточно для нормальной работы светодиодов. Причины этого крайне нетривиальны и не изучены до конца. Одна из них – не совсем обычная мобильность носителей в GaN: они не перемещаются на большие дистанции, и поэтому могут избежать встречи с дислокацией. Более того, практически все дислокации в GaN нитевидные, идущие от подложки до самой поверхности диода. Это накладывает некоторые ограничения на их свойства, что можно использовать на практике.

Невероятно, но факт: самая большая проблема нитрида галлия внезапно оказалась позади.

Акцепторы в GaN

Другой сложностью стало p-легирование нитрида галлия. На ранних этапах в качестве акцептора (материала для p-легирования) использовали магний. Однако полученный материал не вел себя как полупроводник p-типа. Был какой-то неизвестный фактор, который не давал магнию играть роль акцептора.

Самый простой способ определить степень легирования – это измерить сопротивление материала. У p- и n-легированных полупроводников оно низкое из-за избытка носителей (электронов в n- или дырок в p-типе). В чистом же полупроводнике свободных носителей нет, поэтому его сопротивление высокое.

Примечателен следующий эпизод. Акасаки смог показать, что облучение GaN низкоэнергетичным электронным пучком позволяет решить проблему: магний начинал вести себя как акцептор. Правда, в процессе производства материал снова переставал быть проводящим. Происходило это во время отжига: структуру выдерживали при высокой температуре в аммиаке. Это стандартная процедура, позволяющая уменьшить напряжения в кристаллической решетке.

Накамура заметил, что p-проводимость пропадает при температуре отжига выше 400 °С. При этой же температуре начинается диссоциация аммиака на азот и водород. А что, если проблема как-то связана с водородом? Детальные исследования показали, что Накамура был прав: атомарный водород проникал в структуру, связывался с магнием и делился с ним своим электроном, не давая играть роль акцептора. Отжиг в азоте вместо аммиака сразу же решил проблему:

Верхняя кривая: при отжиге в аммиаке выше 400 °С сопротивление материала резко возрастает. В азоте (нижняя прямая) такого не происходит. Источник.

Позднее оказалось, что отжиг в азоте не просто решает проблему с аммиаком – он способен полностью заменить электронный пучок. То есть вместо того, что делал Акасаки, можно просто отжечь материал в азоте: это разрушит связи магния с водородом и сделает материал p-проводящим. Технологически это было крайне важно: обработка больших кристаллов электронным пучком – дело небыстрое и недешевое.

Happy end

Сюдзи Накамура. Источник.

На этом история не закончилась, но основные проблемы были решены. По пути удалось сделать немало интересного, например, разработать специальный реактор для роста III-нитридов. К 1994 году Nichia Corp. начала промышленное производство синих InGaN светодиодов.

Источники

[1] П. Ю, М. Кардона «Основы физики полупроводников» – М.: Физматлит, 2002. – 560 с.
[2] S. Nakamura, S.Pearton, G. Fasol “The Blue Laser Diode: The Complete Story” – Springer, 2000. – 368 p.
[3] H. Morkoç et al. J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994).
[4] http://www.eurotechnology.com/store/solidstatelighting/
[5] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/ (заглавная картинка тоже отсюда)

UPD. Спасибо Mercury13 и jar_ohty за комментарии по поводу аммиака.

Источник