До Джорджа Крэфорда светодиоды могли светить только красным цветом — а потом ему удалось расширить палитру.

Побродите сначала по залу размером с половину футбольного поля — если его заставить невысокими перегородками, шкафами для бумаг и письменными столами. Покорчите рожицы в кривых зеркалах, свисающих с потолка, — они нужны, чтобы как следует рассмотреть лабиринт, населенный инженерами, техниками и прочим лабораторным персоналом. Пожав плечами, вы наверняка отметите, что некоторые зеркала заклеены пластиком — поэтому в них ничего не видно.

Отправляйтесь в самое сердце этого лабиринта, и там вы найдете, наконец, Минотавра: Джорджа Крэфорда, руководителя отдела исследований и разработок в подразделении оптоэлектроники компании Hewlett-Packard Co. Он будет сидеть там в нелепых бухгалтерских нарукавниках за огромным письменным столом из металла, заваленным бумагами, среди покосившихся книжных шкафов. Где-то в углу наверняка будет валяться его спортивная сумка. И, поверьте мне, он окажется совсем не похож ни на кого из тех, кто мнит себя звездным инженером.

Внешность обманчива.

Эта статья была впервые опубликована под названием «М. Джордж Крэфорд». Она появилась в февральском номере журнала IEEE Spectrum за 1995 год. Версия в формате PDF доступна на IEEE Xplore. Фотографии были представлены в оригинальной печатной версии.

«Посмотрите по сторонам в ближайшие пару дней», — советует Ник Холоньяк-младший, профессор электротехники и компьютерной инженерии и физики имени Джона Бардина в Университете Иллинойса, а по совместительству — создатель первых светодиодов. «Каждый желтый светодиод, который вы заметите — это работа Джорджа».

Холоньяк представляет Крэфорда как айсберг, у которого видна лишь небольшая верхушка, а настоящая широта и глубина скрываются в толще вод. И в самом деле, Крэфорд оказывается полон сюрпризов — например, вот хотя бы спортивная сумка. По его словам, он прогуливает обед, чтобы сходить в тренажерный зал, расположенный в подвале HP. Это нужно, чтобы привести себя в форму перед следующим приключением, каким бы оно ни было. Недавно он покорил Гранд-Титон; а что касается прочих приключений — они варьировались от прыжков с парашютом до сплава на каноэ по бурной реке.

Но самым большим приключением для него стали 30 лет исследований в области светоизлучающих диодов.

Зов космоса

Когда Крэфорд только начинал учиться на технической специальности, в далеких 1950-х годах, ни о каких светодиодах еще не было и речи. Вместо них его манили космические приключения.

Мальчика с фермы в Айове познакомила с наукой Илла Подендорф, автор детских научных книг и друг семьи, которая регулярно снабжала юного Крэфорда учебниками, удовлетворявшими его интересы. Он увлекся астрономией и стал членом Американской ассоциации наблюдателей переменных звезд. Он строил ракеты. Он проводил химические эксперименты, а однажды произвел взрыв, разбивший окно домашней лаборатории! Когда в 1957 году пришло время выбирать колледж и специальность, он решил заняться изучением космоса и выбрал Университет штата Айова, потому что пионер космонавтики Джеймс Ван Аллен преподавал там физику.

Космическая гонка обострялась, а интерес Крэфорда к космическим технологиям угасал. Не помогла его оживить даже летняя стажировка, в рамках которой Крэфорд анализировал данные, полученные с первых спутников. Он немного узнал о полупроводниках, тогда еще новой, развивающейся области, и Ван Аллен направил его на программу по физике твердого тела в Университете Иллинойса, где Крэфорд получил сначала степень магистра, а затем и докторскую.

Светящийся сосуд Дьюара

Для своей докторской диссертации Крэфорд начал исследовать туннельные эффекты. Он посвятил этому исследованию несколько лет, в то время как Холоньяк, пионер в области видимых лазеров и светоизлучающих диодов, оставил свою должность в General Electric Co. и перешел в Иллинойсский университет. Крэфорд встретил его на семинаре, где Холоньяк рассказывал о своей работе в области светодиодов. Крэфорд вспоминает об этом так: «У него был такой маленький светодиод — маленькое красное пятнышко — и тут он погрузил его в сосуд Дьюара с жидким азотом, и вся колба озарилась ярким красным светом».

Очарованный, Крэфорд немедленно обсудил со своим научным руководителем вопрос о смене темы диссертации — это было довольно необычное предложение, поскольку оно предполагало отказ от многих лет труда. «Мой научный руководитель отнесся ко мне с пониманием; в последнее время он стал меньше времени проводить в лаборатории, а Холоньяк как раз набирал себе группу, так что он охотно взял меня к себе».

Крэфорд считает, что это он убедил пионера лазерных технологий принять его в группу, но ученый вспоминает все по-другому.

Куратор Крэфорда «баллотировался в Конгресс США», — говорит Холоньяк, — «и он сказал мне: «У меня есть хороший студент, но я занят политикой, и все, что мы делаем, кто-то публикует раньше нас. Я не могу о нем позаботиться. Прошу вас взять его к себе».

Как бы там ни было, карьерный путь Крэфорда был окончательно определен — и соблазн, возникший в тот час, когда он увидел светящийся алым сосуд Дьюара, навсегда остался в его душе.

Холоньяк выращивал фосфид арсенида галлия и успешно использовал его для получения ярких светодиодов и лазеров. Он поручил своему новому подопечному одолжить оборудование высокого давления и провести ряд экспериментов с этими материалами. Найдя профессора с камерой высокого давления, которую тот не прочь был одолжить, Крэфорд наладил работу в подвале здания кафедры материаловедения. Он переносил образцы GaAsP из лаборатории в подвал, охлаждал их в жидком азоте, повышал давление, чтобы измерить изменение удельного сопротивления, и обнаруживал неожиданные побочные эффекты.

«Обыкновенное охлаждение некоторых образцов приводило к увеличению сопротивления в несколько раз. Но стоило увеличить давление, и сопротивление возрастало еще на несколько порядков», — рассказывал Крэфорд. «Мы никак не могли понять, почему так происходит».

В конце концов, Крэфорд и его коллега Грег Стиллман определили, что изменения в сопротивлении связаны не только с давлением, но и со светом, падающим на образцы. «Когда мы охлаждали образец, а затем освещали его лампой, сопротивление падало — притом очень существенно — и оставалось таким в течение нескольких часов или дней, пока образец находился при низкой температуре. Этот эффект называется стойкой фотопроводимостью». Дальнейшие исследования показали, что подобный эффект возникает в образцах, легированных серой, но не теллуром. У Крэфорда и Стиллмана было достаточно информации для написания диссертации и даже публикации статьи в журнале Physical Review.

Казалось, что данное явление не имеет практического применения, и Крэфорд выбросил его из головы, пока несколько лет спустя исследователи из Bell Laboratories не обнаружили его в арсениде алюминия-галлия. «Bell Labs назвали это явление DX-центр, (весьма эффектно, не правда ли?) и стали интенсивно изучать его. С течением времени различными группами было опубликовано множество работ, посвященных этому явлению», — говорит Крэфорд. Вклад группы Холоньяка был в общем-то забыт.

«Он не продвигает себя», — говорит Холоньяк о Крэфорде, — «и иногда это беспокоит меня в Джордже; я бы хотел, чтобы он более активно заявлял о том, что он чего-то добился».

Переход в Monsanto

После получения докторской степени Крэфорд получил несколько предложений о работе. Наиболее интересными были предложения от Bell Laboratories и Monsanto Co. Обе компании работали над светодиодами, но исследователи Monsanto были сосредоточены на фосфиде арсенида галлия, а ученые из Bell — на фосфиде галлия. Исследовательская деятельность Monsanto была не так хорошо раскручена, как у Bell Labs, поэтому работа в Monsanto представлялась несколько рискованной. Но Крэфорд, подобно своему герою — искателю приключений Ричарду Бертону, который потратил годы на поиски истоков Нила — не очень-то противился желанию пойти по менее проторенному пути.

Кроме того, «фосфид галлия казался мне неправильным выбором», — говорил Крэфорд, — «Но я ничего не знал наверняка».

В начале своей работы в Monsanto Крэфорд экспериментировал как с лазерами, так и со светодиодами. Он полностью сосредоточился на светодиодах, когда стало ясно, что дефекты, с которыми он и его группа столкнулись при выращивании GaAsP на подложках GaAs, не позволяют изготовить конкурентоспособные лазеры.

Кому нужны другие цвета?

Исследователь Bell, проводивший семинар в Monsanto, упомянул о применении легирования азотом, чтобы заставить непрямые полупроводники вести себя более похоже на прямые. Прямые полупроводники в большинстве случаев подходят для светодиодов лучше, чем непрямые, поясняет Крэфорд, но непрямые типы все равно приходится использовать из-за наличия достаточно широких полосовых промежутков, позволяющих излучать свет в зеленой, желтой и оранжевой частях спектра. Исследователь из Bell отметил, что их лаборатории добились значительных успехов с легированием фосфида галлия Zn-O и некоторых результатов с легированием фосфида галлия азотом. Однако Bell Labs опубликовала ранние экспериментальные работы, в которых говорилось, что азот не улучшает GaAsP светодиоды.

Тем не менее, Крэфорд больше верил в перспективность легирования азотом, чем в опубликованные результаты. «Мы решили, что сможем вырастить лучший кристалл, и эксперимент принесет нам успех», — заявил он.

У небольшой группы людей из Monsanto действительно все получилось. Сегодня, примерно 25 лет спустя, эти светодиоды из GaAsP, легированные азотом, все еще достаточно популярны — примерно 5-10 миллиардов из 20-30 миллиардов светодиодов, продаваемых ежегодно в мире сегодня, приходится на них.

И снова, жалуется Холоньяк, Крэфорд чего-то добился, но не стал звонить в колокол или трубить в рог. «Когда Джордж опубликовал работу, он поставил имена парней, с которыми он выращивал кристаллы и собирал все вместе, впереди своего имени».

Однако коллеги все же признали заслугу Крэфорда в создании пресловутых желтых светодиодов, и недавно его сделали членом Национальной инженерной академии в знак признания этой работы.

Крэфорд вспоминает, что разработка новой палитры цветов заняла у него некоторое время. «Первоначальная реакция, — говорит он, — была такой: «Вау, это здорово, но наши клиенты вполне довольны красными светодиодами. Кому нужны другие цвета?»

Вперед!

После публикации работы по светодиодам в результате кадровых перестановок в компании Monsanto Крэфорд был переведен из лаборатории на должность менеджера по передовым технологиям. Одной из его первых задач был отбор ученых, подлежащих увольнению. Он вспоминает, что это была одна из самых тяжелых работ в его жизни, но впоследствии обнаружил, что ему нравится руководить. «У тебя появляется больше разнообразия; у тебя становится больше вещей, в которых ты полукомпетентен, хотя за это приходится расплачиваться тем, что ты становишься гораздо менее компетентным в какой-то одной вещи», — рассказывал он в интервью IEEE Spectrum.

Вскоре, в 1974 году, его снова повысили, на сей раз до директора по технологиям, и он переехал из штаб-квартиры компании Monsanto в Сент-Луисе в штаб-квартиру подразделения электроники в Пало-Альто, Калифорния. Крэфорд отвечал за работу исследовательских групп, занимающихся развитием технологий для трех подразделений в Пало-Альто, Сент-Луисе и Сент-Питерсе. Одно из них занималось составными полупроводниками, другое — светодиодами, а третье — кремниевыми технологиями. Он занимал эту должность до 1979 года.

Даже став руководителем, он оставался «ученым до мозга костей», — говорил Дэвид Рассел, директор по маркетингу компании Monsanto во время пребывания Крэфорда на посту директора по технологиям. «По сравнению с таким старым торгашом, как я, он — чистый интеллектуал, ученый до последней косточки».

Хотя Крэфорд всегда был ученым, он также имеет репутацию человека, умеющего хорошо общаться с людьми. «Джордж умеет излагать сложные технические вопросы так, что все мы можем их понять», — говорит Джеймс Лейсинг, менеджер по разработке продукции в подразделении оптоэлектроники компании HP.

Лейсинг вспоминает, что, когда он был руководителем производственного отдела (из-за этой должности у него иногда возникали конфликты с исследовательской группой), «Джордж и я всегда могли уладить конфликты и разойтись друзьями. Это не всегда удавалось другим людям на его должности». В частности, однажды, по воспоминанием Лейсинга, Крэфорд убедил производственную группу в необходимости точного контроля своих процессов, наглядно продемонстрировав тонкости расположения полупроводниковых кристаллов друг на друге.

Как руководитель, Крэфорд не ставит себе в заслугу никаких индивидуальных достижений компании Monsanto в тот период, но говорит: «Я горжусь тем, что каким-то образом нам удалось занять лидирующие позиции в тех направлениях, которыми мы занимались». Несмотря на это, компания Monsanto решила продать свой бизнес оптоэлектроники и предложила Крэфорду работу в Сент-Луисе, где он должен был отвечать за исследования и разработки в кремниевом бизнесе компании.

Крэфорд долго думал над этим предложением. Ему нравилась компания Monsanto; у него была сложная и важная работа, с просторным офисом, мебелью из дуба, отдельным конференц-залом и административным помощником на полный рабочий день. Но переезд обратно в Сент-Луис положил бы конец его роману с этими крошечными полупроводниковыми лампочками, которые могли заставить сиять целый сосуд Дьюара, поэтому, когда пришло время, он просто-напросто не смог этого сделать.

Он отправился в Кремниевую долину: буквально через дорогу, к ближайшему конкуренту Monsanto, компании Hewlett-Packard Co. Это была единственная работа, которая позволила бы ему продолжать заниматься светодиодами, — большой шаг вниз от директора по технологиям до менеджера отдела R&D, руководившего менее чем 20 сотрудниками. Это означало сокращение зарплаты и льгот, но Крэфорд все равно согласился

Обстановка была, мягко говоря, совсем не та. Больше никаких шикарных офисов и отдельных конференц-залов; в HP Крэфорд получил только «закуток, жестяной стол и стул».

И, как он сказал Spectrum, «мне это понравилось!».

Он считает, что культура HP менее политизирована, чем культура Monsanto, и полагает, что отсутствие закрытых офисов способствует сотрудничеству. В HP он больше общается с инженерами, и возникает чувство, что вся группа работает вместе. Она более открыта и коммуникабельна — так и должно быть, ведь рабочие столы большинства инженеров находятся всего в 1,5 метрах друг от друга.

Теперь он поднялся на более высокий уровень, став руководителем отдела исследований и разработок подразделения оптоэлектроники компании HP, в его подчинении находится куда более многочисленная группа инженеров, чем на старте карьеры в HP.

Как руководитель, Крэфорд видит свою роль в формировании команд и определении того, на каких проектах им следует сосредоточиться. «Я делаю достаточно хорошую работу, чтобы держаться на грани между чересчур консервативным и слишком добреньким боссом, — сказал он в интервью Spectrum. «Руководителю отдела исследований и разработок (мне лично) не стоит заявлять, что все наши проекты удались, потому что тогда придется сворачивать новые исследования; однако мы должны получать достаточную прибыль для группы от того, что мы продаем, чтобы оставаться рентабельными».

Фред Киш, руководитель проектов HP R&D при Крэфорде: «Мы взялись за новые области исследований, которые некоторым людям могли показаться лишним риском, но Джордж всегда был готов рискнуть».

Крэфорд идет по этому пути, балансируя между осторожностью и риском, и в своей личной жизни, хотя некоторые люди могут не поверить в это, учитывая его склонность к авантюрным видам спорта: прыжки с парашютом, плавание на каноэ по бурным рекам, марафонский бег и скалолазание. По словам Крэфорда, эти риски были тщательно взвешены: «Большой Тетон — серьезная гора, но мы с сыном прошли курс скалолазания, и мы поднимались вместе с экспертом, так что риск казался вполне контролируемым».

Холоньяк вспоминает случай, когда Крэфорд передал ему часть кристалла, официально хранящегося в лаборатории Monsanto, на том основании, что эксперимент, который пытался провести Холоньяк, был чрезвычайно важен. Крэфорда «могли уволить за это, но он был готов рискнуть».

Крэфорд также известен как неудержимый любитель задавать вопросы.

«Его методика задавать вопросы и смотреть на проблемы выводит людей в группе на более высокий уровень мышления, рассуждений и решения проблем», — отметил Киш.

Холоньяк описал Крэфорда как «единственного человека, которого можно вытерпеть, когда он задает вопрос за вопросом, потому что этими за вопросами стоит неподдельное желание понять».

Последнее поколение светодиодов, по словам Крэфорда, может полностью заменить лампы накаливания во многих сферах применения. Одна из них — внешние световые приборы на автомобилях, где долгий срок службы и малые размеры светодиодов позволяют дизайнерам сочетать низкую стоимость сборки с необычным дизайном. Светофоры и дорожные знаки большой площади — вот еще несколько новых областей применения светодиодов. Он гордится тем, что работа его группы позволила HP конкурировать с японскими производителями светодиодов и удерживать позицию одного из крупнейших поставщиков светодиодов видимого света в мире.

Крэфорд не перестал любить магию светодиодов. «Видеть, как их используют, по-прежнему весело», — сказал он в интервью Spectrum. «Когда я поехал в Японию и увидел светодиоды на Синкансэне (высокоскоростном поезде), это был восторг».

Он надеется, что светодиоды будут и дальше бросать вызов классическим способам освещения: «Я все еще надеюсь увидеть день, когда светодиоды начнут освещать не только сосуд Дьюара, но и целую комнату».