Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 37: лауреаты Нобелевской премии по физике за 2000-2004 гг.

Создание полупроводниковых гетероструктур для высокочастотной техники и оптоэлектроники.

В 2000 г. Нобелевской премии по физике были удостоены результаты важных исследований россиянина Жореса Алфёрова (рис.2), немца Герберта Крёмера (рис.3) и американца Джека Килби (рис.4).

Выдающийся российский физик, академик АН СССР и РАН Жорес Иванович Алфёров (1930 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2000 г

Рис. 2. Выдающийся российский физик, академик АН СССР и РАН Жорес Иванович Алфёров (1930 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2000 г.

Первых два физика-экспериментатора (российский Ж.И. Алфёров и немецкий Г. Крёмер) этой высокой премии были удостоены "за развитие физики полупроводниковых гетероструктур для высокочастотной техники и оптоэлектроники", а третий физик (американский инженер-изобретатель Дж.К. Килби) - "за вклад в открытие интегральной схемы" [1-4].

Выдающийся немецкий физик-теоретик и экспериментатор Герберт Крёмер (Herbert Kromer, 1928 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2000 г

Рис.3. Выдающийся немецкий физик-теоретик и экспериментатор Герберт Крёмер (Herbert Kromer, 1928 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2000 г.

Американский физик и инженер-изобретатель Джек Клейр Килби (Jack Kleyr Kilby, 1923 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2000 г

Рис. 4. Американский физик и инженер-изобретатель Джек Клейр Килби (Jack Kleyr Kilby, 1923 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2000 г.

Нобелевские лауреаты по физике Ж.И. Алфёров и Г. Крёмер стали одними из основателей современной информационной быстродействующей техники, способной передавать большой объем информации за короткий промежуток времени. Именно для этой техники они открыли и создали быстродействующие опто - и микроэлектронные устройства на базе полупроводниковых гетероструктур [2-4]. Данные устройства включают быстродействующие транзисторы, лазерные диоды для систем передачи информации в оптоволоконных сетях и мощные эффективные светоизлучающие диоды. Общеизвестно, что большинство полупроводниковых приборов основано на использовании p-n - перехода, образующегося между поверхностями (частями) одного и того же полупроводника с разными типами его проводимости ("электронной" или "дырочной"), создаваемыми за счет внедрения (введения) в них (эти поверхности или части) соответствующих примесей (например, атомов фосфора P или бора B) [5, 6]. Напомним, что транзисторный эффект был открыт в 1947 г. американскими физиками Джоном Бардиным (1908-1991 гг.), Уолтером Браттейном (1902-1987 гг.) и Уильямом Брэдфордом Шокли (1910-1989 гг.), а первые в мире полупроводниковые устройства-транзисторы с p-n-p переходом (кристаллические германиевые триоды-усилители с точечным контактом) были созданы в 1949 г. [4]. В 1956 г. указанным ученым-физикам США "за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта" была присуждена Нобелевская премия по физике [1]. Кроме того, У.Б. Шокли в 1949 г. предсказал возможность осуществления полупроводникового диода с p-n - переходом и разработал его теорию, а в 1951 г. он предложил использовать в транзисторах гетеропереходы [1]. Гетеропереход в полупроводниковой структуре является, по существу, контактной зоной между двумя разными по своему химическому составу полупроводниками с различными ширинами их запрещенных энергетических зон [4, 7]. Практическая реализация гетеропереходов давала возможность создания электронных и оптоэлектронных приборов чрезвычайно малых размеров вплоть до атомных масштабов. Попытки создания таких высокоэффективных гетеропереходов в физике и технике полупроводников долгие годы оставались безрезультатными. Для создания идеального гетероперехода физикам необходимо было подобрать два разных полупроводника с практически одинаковыми на атомарном уровне размерами элементарных ячеек их кристаллических решеток. Первому в мире решить эту проблемную физико-техническую задачу в конце 1960-х годов удалось нашему отечественному ученому - тогда еще к. ф. - м. н.Ж.И. Алфёрову (свою кандидатскую диссертацию, посвященную получению сверхчистых германиевых и кремниевых кристаллов, он защитил в 1961 г.), работавшему во всемирно известном Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) им А.Ф. Иоффе [4, 8]. Заметим, что позже с 1987 по 2003 гг. д. ф. - м. н. (свою докторскую диссертацию он защитил в 1970 г. в ЛФТИ по результатам исследований гетеропереходов в полупроводниках) Ж.И. Алфёров, став в 1979 г. академиком РАН (в период 1990-2013 гг. он был также вице-президентом АН СССР и РАН), был директором этого института [8, 9]. Он со своими коллегами по ЛФТИ им. А.Ф. Иоффе к 1970 г. на основе галлия Ga и мышьяка Ає создал эффективный гетеропереход из полупроводников с близкими периодами кристаллической решетки - вида GaАs и далее, используя алюминий А1, - тройное полупроводящее соединение с гетеропереходом вида АЮаАє [4]. Развитие технологии получения гетеропереходов путем эпитаксиального роста в вакууме кристаллической пленки одного полупроводника на поверхности другого привело в мире к дальнейшей миниатюризации радиоэлектронных устройств вплоть до нанометрических размеров [4, 8]. Было установлено, что в полупроводниковой активной среде с линейными размерами (толщиной) от 50 мкм до 1 мм можно было добиваться очень больших показателей оптического усиления света, необходимых для создания в области квантовой электроники мощного лазерного излучения. Следует отметить, что в полупроводниковых лазерах используются квантовые переходы между энергетическими уровнями гетероструктурного полупроводника [8]. Однако, физики долго не могли решить очень важную проблему, связанную с тем, что полупроводниковые лазеры устойчиво работали только при низких температурах. Так, первые полупроводниковые лазеры, созданные на соединениях галлия Ga и мышьяка Аб, работали в низкотемпературном диапазоне от 4 до 20 К [8]. Благодаря разработкам Ж.И. Алфёрова полупроводниковые лазеры надежно заработали (с 1969 г.) и при комнатных температурах. Советские ученые-физики, активно работавшие рядом с Ж.И. Алфёровым, понимали, что в условиях острой конкуренции с западными фирмами соответствующие отечественные разработки в области физики и техники полупроводников необходимо было выполнять в крайне сжатые сроки. На примере самоотверженного труда выдающегося ученого-физика современности Ж.И. Алфёрова убеждаешься, что успех в жизни и науке приходит не просто к талантливому человеку, а к талантливому и трудолюбивому человеку [2, 4, 9]. Невиданные перспективы открываются сейчас перед людьми благодаря новым способам обработки и передачи информации, включая оптоэлектронику. На смену микроэлектронике приходит наноэлектроника. Свой весомый вклад в эти важнейшие области физики внесли указанные нобелевские лауреаты за 2000 г. [1].

Укажем, что в 1952 г.Г. Крёмер защитил докторскую диссертацию в Гёттингенском университете на тему, связанную с изучением эффекта "горячих" электронов в транзисторах [3]. В 1950-х годах им была разработана теория биполярного транзистора, выполненного на основе гетероструктур и который мог работать в гигагерцовом частотном диапазоне. В 1963 г. он независимо от советского ученого-физика Ж.И. Алфёрова разработал физические основы построения полупроводниковых лазеров, использующих двойные гетероструктуры. Данные разработки на многие годы опережали развитие радио - и квантовой электроники [3]. Свое практическое применение они нашли лишь в период 1970-1980-х годов с развитием в мире атомной (молекулярной) эпитаксии - ориентированного роста в вакууме одного кристалла на поверхности другого (подложке) [3, 10]. В середине 1970-х годов Г. Крёмер, работая профессором Калифорнийского университета (г. Санта-Барбара, США), с помощью метода молекулярной эпитаксии изучал новые комбинации полупроводниковых гетероструктур на кремниевой подложке, включающие галлий Ga и фосфор Р - соединение вида GaP, а также предложенное Ж.И. Алфёровым в ЛФТИ им. А.Ф. Иоффе соединение вида GaАs. С 1985 г.Г. Крёмер свои научные интересы направил на изучение других полупроводниковых гетероструктур, включающих комбинации индия In с мышьяком Аб - соединение вида 1пАб, галлия Ga с сурьмой Sb - соединение вида GaSb и алюминия Al с сурьмой Sb - соединение вида AlSb [3, 8].

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее