Подготовка к стодесятилетнему юбилею О. В. Лосева, Золотые страницы российских изобретений Опции Поделиться

[А.Рассадин]

10 мая 2013 года исполняется 110 лет со дня рождения Олега Владимировича Лосева --- выдающегося русского учёного и изобретателя в области радио- и оптоэлектроники.

Работая в Нижегородской радиолаборатории, О. В. Лосев сделал ряд важнейших открытий, которые позволяют по праву считать его пионером полупроводниковой электроники. Однако значение выдающихся научных достижений О. В. Лосева явно недооценивается как за границей, так и у нас в стране. Поэтому в связи с стодесятилетним юбилеем О. В. Лосева целесообразно более подробно рассмотреть и оценить его наиболее выдающиеся достижения с точки зрения современности, чтобы воздать должное этому удивительному учёному, значительно опередившему своё время.

Ниже я помещаю материалы по О. В. Лосеву для того, чтобы мы могли глубже осмыслить масштаб этой замечательной личности и выработать комплекс реалистичных мер, направленных на знакомство широкой общественности в России и за рубежом с творческим наследием О. В. Лосева, а также на серьёзный разговор о состоянии отечественной микроэлектроники.

Материалы подготовил член НРО НТОРЭС им А. С. Попова к. ф.-м. н. Михаил Афанасьевич Новиков (Институт физики микроструктур Российской академии наук, Нижний Новгород): http://ipmras.ru/ru/structure/people/mnovik

[А.Рассадин]

Оценка научных достижений О.В. Лосева другими авторами

Автор этой статьи, мр.О.Лосев из России, за сравнительно короткое время приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств некоторых кристаллов.
The Wireless World and Radio Revew (1924-USA)

Журнал Radio News,сентябрь 1924 г. начинается статьей редактора, озаглавленной «Сенсационное радиоизобретение». В ней говорится об «изобретении, делающей эпоху, О.В.Лосева из государственной лаборатории в России». Автор утверждает, что «теперь кристалл заменяет пустотную трубку. Нет надобности доказывать, что это – революционное изобретение. Потребуется несколько лет для того, чтобы генерирующий кристалл настолько усовершенствовался, чтобы стал лучше пустотной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит».
«Молодой русский изобретатель О.В.Лосев передал свое изобретение миру, не взяв на него патента».
RADIO NEWS ( September, 1924 – USA) “ Сенсационное открытие”.

«Научная слава ожидает О.В.Лосева; что же касается до денежного благосостояния….(многоточие в подлиннике) то весьма вероятно, что оно ускользнет от него, как и от всех изобретателей, тем более, что он обнародовал свое открытие, думая прежде всего о своих друзьях, радиолюбителях всего мира».
Из французского журнала 1924 г.

Автор этой статьи, мр.О.Лосев из России, за сравнительно короткое время приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств у некоторых кристаллов.
The Wireless World and Radio Revew (1924-USA),

Изучение электрических характеристик освещенного вентильного фотоэлемента при наличии в цепи добавочной электродвижующей силы производилось многими исследователями. Но нужно сказать, что только О.В.Лосевым получены результаты, допускающие простую физическую интерпретацию. Результаты других авторов сохраняют к данному моменту ценность только феноменологическая характеристика вентильных приборов того или другого типа. В случае карборундовых элементов Лосева вентильный слой образован наслоением на поверхность кристалла особого вещества, химическая природа которого пока неизвестна. Толщина этого слоя варьируется от 10 до 1 микрон; наличие его на кристалле совершенно необходимо для возникновения в элементе вентильного фотоэффекта.
Академик И.Курчатов, «Вентильные фотоэлементы (обзор)», Успехи Физических
Наук, 1932, т.12, в.4, стр.365 –388.

Олег Владимирович был страстным ученым–естественником и специалистом прикладной физики. Научное значение его работ в том, что он обнаружил и смог первоначально исследовать практически все важнейшие явления, связанные с прохождением тока через поверхность различных неметаллических кристаллов… Олег Владимирович является одним из наиболее удачливых пионеров в этой области, столь новой и столь важной
Проф. Г.А.Остроумов, Лентнград (1952)

О.В.Лосев был талантливым и совершенно оригинальным ученым и изобретателем, шедшим своим путем, иногда предвосхищая развитие техники. Его результаты имеют значение, как для радиотехники, так и для многообразных применений полупроводников...
Явление падающей характеристики было открыто еще в 1922 г. О.В.Лосевым на контакте стальной проволочки с кристаллом цинкита и некоторых других материалов. Такой прибор был назван кристадином. Явление это не исчезало и на высоких частотах, так что кристадин обладал всеми свойствами регенеративного лампового приемника и маломощного генератора. Кристадинные приемники получили значительное распространение у радиолюбителей...
Впрочем, и в вопросе о значении P-N границы приоритет принадлежит тому же О.В.Лосеву, который в последние годы своей жизни (1938-1939) изучал видимые на глаз прослойки в кристаллах карборунда с противоположным механизмом проводимости. Пропуская ток сквозь образующие здесь запорные слои, Лосев наблюдал видимое свечение и смог установить правильное квантовое соотношение между частотой испускаемого света v и энергией электрона при прожождении им разности потенциалов V на запорном слое hv =eV…
Прозрачная прослойка, состоящая из кварца или электронного SiC, была слишком толста, чтобы электрон мог ройти её без столкновения и накопить соответственную энергию, но толщина запорного слоя, образующегося на границе этой прослойки и темного карборунда, т.е. на границе Р и N-карборунда, вероятно, были не более длины свободного пробега электрона.
Таким образом, О.В.Лосев не только подметил выпрямление на границе между Р- и N-карборундом, но и открыл и, по-видимому, правильно объяснил свечение при прохождении тока через границу. Открытие Лосева было недавно вновь подтверждено в США,
Академик А.Ф.Иоффе. Физика полупроводников, АН СССР, М-Л, 1957


О.В.Лосевым в 1923 г. было впервые описано возбуждение излучения при приложении напряжения непосредственно к кристаллу карбида кремния, сосредоточенного вблизи анода и катода….В своих более поздних работах Лосев заключил, что в электролюминесценции играе роль p-n переход в SiC.
Факт, что полупроводник может излучать свет в ответ на приложенный электирический ток был осознан в начале тридцатых годах, когда русский ученый Олег Лосев обнаружил такое излучение из карбида кремния, что вероятно было связано с р-n переходом в этом материале, возникшем естественным образом
В.Пайпер, Ф.Вильямс, «Электролюминесценция». УФН. т.70, в.4. 1960
(W.W.Piper and F.E. Williams “Solid State Physics, v.6, pp.95-173, 1958.


”The tragic story of a young talanted scientist-inventor who literally forfeited his life because of unparalleled zeal for semiconductor device research should be told..”
Необходимо рассказать о трагической истории юного таланливого ученого-изобретателя, который буквально принес в жертву свою жизнь ради великой цели исследования полупроводниковых приборов.

“There can be little doubt that that his production line of “crystadine” (the name coined in France to describe Losev’s hetrodyning crystals) radio receivers, powerd by 12-V batteries, represents a thirty-year head start over the transistor radio. Why Losev’s contributions were not included in prominent accounts of solid-state amplifiers history is an interesting question. After all, Losev’s crystadine radios and detectors were exhibited during the mid-twenties at major European radiotechnology expositions and written up in German, French, and Swedish trade publications. I even see a crystadine radio display at the 1959 New York City Soviet Exibition.”
Нет сомнений, что целая серия созданных “кристадинных” (это название принадлежит французам, которые его придумали, чтобы описать генерирующий кристал Лосева) радиоприемников, питаемых 12 вольтовыми батареями, положила начало транзисторному радио, с опережением в тридцать лет. Почему вклад Лосева не учитывется в известных обзорах, посвященных истории твердотельных усилителей -- очень интересный вопрос. Кроме того, лосевские кристадинные приемники и детекторы постоянно выставлялись в середине двадцатых годов на главных европейских радиотехнических выставкаи, и были описаны в немецких, французских и шведских комерческих изданиях. Я даже видел кристадинный приемник, показанный на в 1959 году на Советской Выставке в Нью-Йорке.

“Losev’s papers are indistinguishable from those of a mature, experienced, and skillful experimental device physicist, even though he never received a formal education.”
Статьи Лосева нельзя отличить от статей зрелы ученых и умудренных опытом физиков-экспериментаторов, хотя он и не получил формального образования.


“He worked toward optical communications through pioneering exploraratory research on LEDs and photodetectorrs. In some cases his experimental work was up to 40 years ahead of his time. His research was so exact and his publications so clear that one has little difficulty determining today what he actually did in his laboratory then. His intuitive choise and design of experiments was simply astonishing.”
Он сделал вклад в будущее развитие оптической связи через свои пионерские исследования по светодиодам и фотодетекторам. Его исследования были так точны и его публикации так ясны, что без труда можно представить сейчас, что происходило тогда в его лаборатории. Его интуитивный выбор и искусство эксперимента просто изумляют.

“Losev’s model (p-n junction) differs from our present day understanding by one, though crucial, feature. Losev did not discovery p-type(hole) conduction in the dark bulk (carborundum). Considering the worldwide state of semiconductor knowledge in 1930-1931, the special isolation of Soviet scientists and difficulties experienced by Losev at that time because of laboratory merger, this is an astonishing accomplishment.”
Модель Лосева (p-n перехода) отличается от современной модели только в одном, хотя и важном, моменте. Лосев не открыл р-тип(дырочный) проводимости в темном образце карборунда. Учитывая мировое состояние науки о полупроводниках в 1930-1931 годах, существенную изоляцию советских ученых и трудности, испытываемые Лосевым в это время из-за реорганизации лаборатории, - это удивительное свершение.

“He worked toward optical communications through pioneering exploraratory research on LEDs and photodetectorrs. In some cases his experimental work was up to 40 years ahead of his time. His research was so exact and his publications so clear that one has little difficulty determining today what he actually did in his laboratory then. His intuitive choise and design of experiments was simply astonishing.”
Он работал в развитии будущей оптической связи через свои пионерские исследования по светодиодам и фотодетекторам. Его исследования были так точны и его публикации так ясны, что сейчас можно без труда представить, что происходило в его лаборатории. Его интуитивный выбор и искусство эксперимента просто изумляют.
Egon Loebner (IEEE Transaction on Electron Device, v.ED-23, n.7, 1976).

Каждому, кто начинает свой путь в науке, хочется быть первооткрывателем, прийти к цели никому не ведомой дорогой. Для того чтобы стать «Колумбом» XX в., нет необходимости снаряжаться в дальнее и опасное путешествие. Можно привести многие примеры, когда самые гениальные открытия современности совершались в лабораториях. Назовем только одно имя — Олег Владимирович Лосев. 13 января 1922г.
Из книги А.С.Лонгинов, В.И.Стариков НИЖЕГОРОДСКАЯ РАДИОЛАБОРАТОРИЯ
(очерки о советских ученых) Издательство «Знание», Москва, 1979



Примечательно, что изобретатели натолкнулись на возможность создания полупроводниковых приборов давно: в частности , еще в тридцатые годы нижегородский радиоинженр О.Лосев создал первые полупроводниковые усилители и генераторы. О его работах был широко оповещен мир, у крупных радиотехнических лабораторий появилась возможность развивать полупроводниковую технику. Однако этот процесс задеоржался почти на два десятилетия: еще не было в то время фундамента для становления полупроводниковой электроники.
Акад. Е.Велихов, (ж-л Наука и Жизнь, 1982)




Хотя кристаллический детектор и был по существу первым электронным полупроводниковым прибором, и потому он может рассматриваться в качестве предвестника полупроводниковой электроники, время зарождения полупроводниковой электроники все же следует отсчитывать от создания полупроводниковых приборов, могущих не только обнаруживать, но и усиливать и генерировать электромагнитные колебания. Человеком, сделавшим этот чрезвычайно важный шаг, был замечательный изобретатель и ученый Олег Владимирович Лосев. Ему принадлежат первые удачные попытки и усиления и генерирования электромагнитных колебаний полупроводниковыми устройствами, обнаружение инжекционной и пробойной электролюминесценции в полупроводниках и первые систематические попытки исследования физической сущности этих явлений.
Если отсчитывать век полупроводниковой электроники от того момента, когда при помощи кристаллического устройства удалось генерировать и усиливать электромагнитные колебания, то ее колыбелью следует назвать Нижегородскую радиолабораторию, а датой рождения – опубликованную в июне 1922 года в журнале «Телефония и Телеграфия без проводов» статьи «Детектор-усилитель, детектор-генератор» сотрудника этой лаборатории Олега Владимировичя Лосева.
А.Г.Остроумов, А.А.Рогачев(Сотрудники ФТИ им.А.Ф.Иоффе), (О.В.Лосев –
пионер полупроводниковой электроники.Сб.статей. Физика,
ред.В.М.Туркевич, Наука. Л., 1986)

Исследования электролюминесценции карбида кремния были проведены О.В.Лосевым в 1923 – 1940 гг. Им было установлено, что один из типов свечения связан с наличием «активного слоя» на поверхности кристалла. Позже он показал, что этот слой имеет электронную проводимость, а в объеме образца – дырочную. Лосев также установил связь между выпрямлением и электролюминеценцией.
А.А.Лебедев (ж. ФТП т.23, в.2, стр.129, 1999)



На то, что транзистор появился в США, были вполне определенные причины, но нельзя забывать и того, что большой вклад в это выдающееся открытие человечества внесен физиками нашей страны. Работы эти, кстати, начались за много лет до войны, и для их развития много дали работы Олега Владимировича Лосева, гениального изобретателя из Нижегородской Радиолаборатории, рано умершего. В числе прочих открытий Лосева было создание кристаллического усилителя “кристадина Лосева”, но, как говорится, дорого яичко к Христову дню. Когда открытия делаются слишком рано и уровень техники и технологии не готов к этому, они обычно “не проходят” и о них забывают.
Факт, что полупроводник может излучать свет в ответ на приложенный электирический ток был осознан в начале тридцатых годах, когда русский ученый Олег Лосев обнаружил такое излучение из карбида кремния, что вероятно было связано с р-n переходом в этом материале, возникшем естественным образом
Широкую известность в довоенные годы получили работы О.В.Лосева, которые в сущности были предтечей современной твердотельной электроники. Но “дорого яичко в Христов день”..Мы восхищаемся гениальной догадкой и талантом только тогда, когда теоретические результаты можно претворить в жизнь, т.е. когда готова технология. К сожалению, в 1930-х идеи Лосева не нашли должного применения.
Нобелевский лауреат, академик Ж.И.Алферов «Физика на пороге 21 века»,
ж.НАУКА и ЖИЗНЬ, n.3. 2000.


The fact that semiconductor can emit light in responce to electric currents has been recognized since the early 1930s, when Russian researcher Oleg Losev noticed such emission from silicon carbide – at what probably were naturally occurring p-n junctions. Another two decades elasped, however, before this curious phenomenon was understood to be due to electron-hole recombination at these interfaces.
Факт, что полупроводник может излучать свет в ответ на приложенный электирический ток был осознан в начале тридцатых годах, когда русский ученый Олег Лосев обнаружил такое излучение из карбида кремния, что вероятно было связано с р-n переходом в этом материале, возникшем естественным образом.
“50 YEARS of ELECTRON DEVICES”, The IEEE Electron Devices Society and Its Technologies, 1952- 2002.

Второе детище Лосева – это пионерские работы в области оптоэлектроники: создание и всестороннее исследование первого в мире светодиода. Поразительно, что для объяснения наблюдаемых эффектов Лосев использовал понятия квантовой физики за несколько лет до формального развития квантовой механики твердого тела.

Поразительна была физическая интуиция Лосева. Например, когда он пытался объяснить свои результаты исследования понятия границы в спектрах излучения электролюминесценции, он пришел к выводу, что излучение, возникшее при пропускании тока, есть явление обратное фотоэлектрическому эффекту, и предложил качественное объяснение этого эффекта, очень близкое к современным представлениям.
В.Жирнов, Н.Суэтин (Сотрудники МГУ) (ж. ЭКСПЕРТ, апрель 2002)


“Явление вентильного эффекта в карборунде обратимо: при токе от внешнего источника напряжения, внутри того же самого слоя полупроводника, в котором мог происходить вентильный фотоэффект , происходит довольно интенсивное холодное свечение, имеющее непрерывный спектр. …..Исследование термо-э.д.с. показало, что активный слой всегда обладает избыточной электронной проводимостью, а толщина кристалла часто имеет характер дырочной проводимости“.
В одной из последних своих опубликованных статей (О.В.Лосев, Докладах АН
СССР, 1940, т.29, n.4-5, стр.363-564.).

“There is no doubt that Losev was talented and that his work was a precursor of the age of the transistor and the era of semiconductor devices. It is tragic that the Siege of Leningrad consumed Losev, and that he did not have the opportunity to pursue his work further after the transistor discovery (Bardeen and Brattain, 16 Dec. 1947), i.e., when the big effort began showing experimentally the full equivalence of the hole and electron, and, because of the transistor, the nature of electron-hole recombination.
We have to know about electron-hole injection and recombination (radiative vs. Non-radiative, which?) to built light emitters. We needed the transistor and transistor research to guide us, and to force the study and development of seniconductor materials (beyond just Ge and Si). It must be realized that in the beginning of the transistor, the distinction between a direct-gap and indirect-gap seniconductor was not realized – not even known. This cane later, a consequence of the transistor. Anyone working with SiC before the transistor would not have known much about carrier injection, carrier recombination, and would be dealing with the wrong form of band structure (indirect) of SiC --- which would not yield good LEDs (or lasers).
Losev was ahead of his time. He needed the discovery of the transistor as much as the rest of us. It is sad he did not live longer (or that Loebner did not live longer). He obviously was headed in the rightdirection in his work. Some number of years ago I read a biography of Vladimir Zworykin and his work on TV. I was struck at how clever and inventive were many of the early workers, in spite of the fact that, lacking the understanding of quantum science, they could not understand in any depth what they were doing. But still they experimented and invented, which was true of Losev also.
Too bad that he did not live long enough to work in the era of the transistor. The sad thing about all of this is that young workers, and many workers, in general, are not well read and do not know that individuals like Losev or Loebner made any contributions to semiconductor science and to LEDs...”
Не вызывает сомнения, что Лосев был талантлив и что его работа была предвестником века транзистора и полупроводниковых приборов. Трагично, что блокада Ленинграда поглотила Лосева и он не имел возможности продолжать свою работу дальше после открытия транзистора 16 декабря 1947 года Бардиным и Браттейном, то есть, когда большие усилия показали экспериментально полную эквивалентность дырки и электрона и, благодаря транзистору, природу электрон-дырочной рекомбинации….
Лосев опередил свое время. Он стремился к открытию транзистора как ни кто другой. Обидно, что он не прожил больше (также как и Лобнер). Очевидно, что это было главным в его работе. Несколько лет тому назад я читал биографию Владимира Зворыкина и его работы по телевидению. Я был поражен тем, насколько умны и изобретательны были ранние исследователи, что, несмотря на отсутствия понимания ими квантовой науки, они не подразумевали глубины того, что они делали. Но, несмотря на это они проводили опыты и изобретали. Это относится также и к Лосеву.
Очень печально, что он не прожил дольше, чтобы работать в эпоху транзистора. Очень обидно то, что молодые исследователи и другие ученые, в общем, не читали и не знают о вкладе в полупроводниковую науку и светодиоды таких личностей как Лосев и Лобнер.
Это мнение о Лосеве очень известного американского ученого, профессора Иллинойского университета Ника Холоньяка ( Nic Holonyak), овоположника современной оптоэлектроники, которое он сообщил в личном письме автору настоящей статьи.