Реферат жорес иванович алферов

Обновлено: 02.07.2024

Жорес Иванович Алферов родился в Белоруссии, в Витебске, 15 марта 1930 г. Необычное имя – Жорес отец, старый большевик, дал ему в честь Жана Жореса, основателя Французской социалистической партии.

В 1953г. выпускник факультетаэлектроники Леннинградского электротехнического института имени В. И. Ленина стал младшим научным сотрудником Физико-технологического института АН СССР имени А. Ф. Иоффе. С первых дней работы молодой ученый принял участие в работах по традиционной для института тематике – физике полупроводников. В начале 1950-х шли активные исследования полупроводниковых устройств – транзисторов, созданных в 1949 г.в США Дж. Бардиным, У.Браттейном и У. Б. Шокли. Одновременно проводились интенсивное изучение свойств полупроводников. Вот тут-то и встали проблемы очистки полупроводников и их легирования. Кандидатская диссертация Жореса Алферова, защищенная в 1961 г., и была посвящена способам получения сверхчистых германиевых и кремниевых кристаллов.

Получение сверхчистых полупроводников стало очень важнымэтапом на пути создания новых полупроводников. При изучении эпитаксии обнаружилось, что этот процесс возможен не только при кристаллизации одного вещества. Подложка и нарастающий кристалл могут иметь различную природу. Меняя параметр одной из решеток (например, вводя примеси), можно управлять ее свойствами. Вот тут-то и прозвучало новое слово – гетеропереход (контакт двух различных по своемухимическому составу полупроводников).

После защиты кандидатской диссертации Жорес Алферов принялся за исследование гетеропереходов. Младший научный сотрудник Физтеха был упрямым, целеустремленным и честолюбивым. Используя опыт получения сверхчистых проводников, наращивания эпитаксиальных слоев, он учился воздействовать на свойства полупроводниковых гетеропереходов, анализировал особенности полученныхструктур, их чувствительность к внешним воздействиям – свету, изменению температуры, элетрическим и магнитным полям. Тонкий физический эксперимент – дело увлекательное, но невероятно трудоемкое. Успех достается не просто талантливому – успех достается талантливому и трудолюбивому. Ж. Алферов заканчивал работу в час ночи.

Шестидесятые и семидесятые годы были своеобразным временем в мире и вСоветском Союзе. Холодная война. Государство понимало, что без развитой науки в современном мире безопасности быть не может. Финансирование научных исследований было в то время самым высоким в истории России. И ученым, несмотря ни на что, давали возможность регулярно знакомится с научными достижениями зарубежных коллег, да и общаться они могли – на симпозиумах, конгрессах конференциях… Жизнь советскихлюдей трудно было назвать обеспеченной и комфортной, но ученый физик имел возможность работать и не думать о куске хлеба… И если не обращать внимания на бытовые проблемы вроде отсутствия нормального жилья, - жизнь могла считаться просто замечательной.

К Алферову приходило уважение все более широкого круга коллег.
Его необычное имя приобретало международную известность.
В 1964 г. он впервыепопал во Францию, на международную конференцию по физике полупроводников. Французы совершенно точно знали, что Жорес – это фамилия (вспомнили Жана Жореса), стало быть, Алферов – это такое русское имя. У русских всякое бывало – Маркслен, Трактор, Ревмира (Революция Мировая)… Как раз тогда дети, рожденные в 1920 – 30-е годы и “награжденные” такими фантастическими именами, выросли и началиприобретать известность… И французы – члены оргкомитета – выдали Ж. Алфе-рову нагрудный значок с надписью “А. Жорес”. Можно было принять как данность, но Алферов нашел изящный выход. Он превратил букву “А” в радиотехнический символ полупроводникового диода, а после слова “Жорес” приписал – “Алферов”. Так американские физики побежали в оргкомитет с обидой – почему русскому значок выдали.

В 1953г. выпускник факультета электроники Леннинградского электротехнического института имени В. И. Ленина стал младшим научным сотрудником Физико-технологического института АН СССР имени А. Ф. Иоффе. С первых дней работы молодой ученый принял участие в работах по традиционной для института тематике – физике полу-проводников. В начале 1950-х шли активные исследования полу-проводниковых устройств – транзисторов, созданных в 1949 г. в США Дж. Бардиным, У.Браттейном и У. Б. Шокли. Одновременно проводились интенсивное изучение свойств полупроводников. Вот тут-то и встали проблемы очистки полупроводников и их легирования. Кандидатская диссертация Жореса Алферова, защищенная в 1961 г., и была посвящена способам получения сверхчистых германиевых и кремниевых кристаллов.

Получение сверхчистых полупроводников стало очень важным этапом на пути создания новых полупроводников. При изучении эпитаксии обнаружилось, что этот процесс возможен не только при кристаллиза- ции одного вещества. Подложка и нарастающий кристалл могут иметь различную природу. Меняя параметр одной из решеток (например, вводя примеси), можно управлять ее свойствами. Вот тут-то и прозвучало новое слово – гетеропереход (контакт двух различных по своему химическому составу полупроводников).

После защиты кандидатской диссертации Жорес Алферов принялся за исследование гетеропереходов. Младший научный сотрудник Физтеха был упрямым, целеустремленным и честолюбивым. Исполь-зуя опыт получения сверхчистых проводников, наращивания эпитаксиальных слоев, он учился воздействовать на свойства полу-проводниковых гетеропереходов, анализировал особенности получен-ных структур, их чувствительность к внешним воздействиям – свету, изменению температуры, элетрическим и магнитным полям. Тонкий физический эксперимент – дело увлекательное, но невероятно трудо-емкое. Успех достается не просто талантливому – успех достается талантливому и трудолюбивому. Ж. Алферов заканчивал работу в час ночи.

Шестидесятые и семидесятые годы были своеобразным временем в мире и в Советском Союзе. Холодная война. Государство понимало, что без развитой науки в современном мире безопасности быть не может. Финансирование научных исследований было в то время самым высоким в истории России. И ученым, несмотря ни на что, давали возможность регулярно знакомится с научными достижениями зарубежных коллег, да и общаться они могли – на симпозиумах, кон-грессах конференциях… Жизнь советских людей трудно было назвать обеспеченной и комфортной, но ученый физик имел возможность работать и не думать о куске хлеба… И если не обращать внимания на бытовые проблемы вроде отсутствия нормального жилья, - жизнь мог-ла считаться просто замечательной.

К Алферову приходило уважение все более широкого круга коллег.

Его необычное имя приобретало международную известность.

В 1964 г. он впервые попал во Францию, на международную кон-ференцию по физике полупроводников. Французы совершенно точно знали, что Жорес – это фамилия (вспомнили Жана Жореса), стало быть, Алферов – это такое русское имя. У русских всякое бывало – Маркслен, Трактор, Ревмира (Революция Мировая)… Как раз тогда дети, рожденные в 1920 – 30-е годы и “награжденные” такими фантастическими именами, выросли и начали приобретать известность… И французы – члены оргкомитета – выдали Ж. Алфе-рову нагрудный значок с надписью “А. Жорес”. Можно было при-нять как данность, но Алферов нашел изящный выход. Он превратил букву “А” в радиотехнический символ полупроводникового диода, а после слова “Жорес” приписал – “Алферов”. Так американские физики побежали в оргкомитет с обидой – почему русскому значок выдали ‘фирменнее”, чем всем остальным…

В том же году статус Алферова в Физтехе повысился: он стал старшим научным сотрудником. Спустя три года он уже возглавил собственную лабораторию, в которой велись исследования полупроводниковых гетеропереходов.

Многослойные полупроводники усложнялись, в них вносились все новые и новые добавки, тончайшие слои – в несколько атомов! – укладывались в заданные конструкции. Крохотные кристаллики оказались способными заменить громадные, состоящие из сотен и тысяч элементов радиосхемы – с резисторами, конденсаторами, лампами. Появились полупроводниковые усилители, светоизлучаю-щие диоды, полупроводниковые фотоэлементы, солнечные батареи.

Заслуга Жореса Ивановича Алферова получали все более и более широкое признание. Уважение колег, авторитет в науке. Кажется, не жизнь , а безупречное триумфальное шествие человека, которому все возможное и невозможное судьба преподнесла на блюдечке с золотой каемочкой. Так ли это на самом деле?

В жизни обычного человека, который с работы приходит в шесть часов вечера к любимой жене и детям, есть кое-что недоступное ученым, особенно тем, кто увлечен и поглощен своей работой. Ученый никогда не возвращается домой до конца – так, чтобы снять пальто и сказать домашним: “Я ваш!” – и свободный вечер провести, например, в театре с любимой женой. Скорее всего, родные увидят только его заты-лок, склонившийся над письменным столом. И если в квартире всего одна комната – вряд ли домашним удастся посмотреть телевизор. При необходимости сделать выбор – купить новую научную монографию или новую кастрюлю – физик выберет моно-графию. Особенно если кастрюля всего лишь стала пегой от ста-рости, но еще не протекает. А если встанет выбор – сделать ремонт в квартире или во время отпуска провести серию экспериментов, - будьте уверены, эксперимент состоится, а вот ремонт… И поверьте, дело не в том, что ученые не любят своих близких. Просто люди, как правило, судят о других по себе. Поэтому физик не понимает, как все остальные могут не верить, что работа – это страсть, и отречение от нее – смерти подобно, и невозможность по-работать это как невозможность поесть, даже, пожалуй, хуже.

Первый брак Жореса Ивановича распался. Почему? Сам Алферов рассказывает: “ В пер-вый раз я женился очень быстро. И почти сразу понял: совершил огромную ошибку. Разводится очень долго – полтора года. Я оставил свою комнату бывшей жене. И дочке ” .

Нормальный человек, оказавшись, по сути дела, на улице, начал бы метаться в поисках жилья. Но Алферов не стал терять на это время. Домом для бездомного физика стал родной Физтех.

Работы по исследованию полупроводников продолжались.

Появились полупроводниковые лазеры. В отличие от лазеров других типов в полупроводниковых используются квантовые пере-ходы между энергетическими уровнями гете-роструктурного полупроводника. В полупроводниковой активной среде можно добиться очень больших показателей оптичес-кого уселения света, необходимых для создания лазерного излучения. Благодаря этому обстоя-тельству размеры активного элемента полупроводникового лазера очень малы – от 50 мкм до 1 мм. Такой лазер не только компактен – у него малая инерционность (проще говоря, он начинает работать сразу после включения – разогреваться ему не надо), высокий для лазера коэффицент полезного действия – до 50 процентов и самое главное –длина волны такого лазера может быть при необходимости изменена.

Долго физики не могли решить очень важную проблему – полу-проводниковые лазеры устойчиво работали только при низких температурах. Например, первые лазеры, созданные на соединениях галлия и мышьяка, работали в диапазоне от 4 о до 20 о К! Понятно, что массовое использование такого прибора нереально Лаборатория Алферова добилась своего – полупроводниковые лазеры заработали

при комнатных температурах.

…Думать о житейских неурядицах было некогда, надо было работать. Тем более что где-то в Америке, голова в голову, к тем же целям шли американские ученые. Соперники? Да. Соратники? Несомненно. Научные заслуги Жореса Ивановича Алферова они ценили не меньше, чем свои, советские коллеги. Соперничество в науке не было антагоническим.

Жизнь продолжалась Жорес Иванович встретил женщину, которая стала ему женой и верным другом. Он увидел ее на пляже в Сочи – поехал с другом отдохнуть на майские праздники. Симпатичная женщина оказалась серьезным инженером и так же , как и Алферов, понимающей влюбленность в науку: она работала на одном из пред-приятий, занимающихся разработкой космической техники. И Алфе-ров начал летать из Ленинграда в Москву – на свидания. Каждую неделю. На выходные. Тамара Георгиевна переехала в Ленинград – она поняла, что больше не может расстаться с Физтехом. В 1972г. у них родился сын Иван, и в том же году Жорес Иванович был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР.

К Алферову пришло международное признание. Я позволю себе привести список наград, присужденных Жоресу Ивановичу:

· медаль Баллантайна от Франклиновского института (США, 1971)

· Ленинская премия (СССР, 1972)

· Премия компании Хьюлетт-Паккард (США, 1978)

· Государственная премия (СССР, 1984)

· Премия международного симпозиума по соединениям GaAs и медаль Х.Уолкера (1987)

· Премия Карпинского (ФРГ, 1989)

· Премия Иоффе (РАН, 1996)

Алферов был избран почетным членом тринадцати академий и научных обществ в семи странах мира.

В 1979 г. коллеги избрали его действительным членом Академии наук СССР (ныне – РАН). Уже одиннадцать лет он является вице-президентом и возглавляет ее Санкт-Петербургское отделение. С 1987г. Ж. Алферов – во главе родного института.

Ж. Альферов (теперь еще и депутат Гос. Думы России) сказал, что его главная цель – помоч образованию и науке. За последние пят-надцать лет государственное финансирование российской науки сократилось в 25 раз. Потому, что зарплата научного сотрудника в институтах РЕН составляет от одной десятой до одной пятой части прожиточного минимума. Потому, что зарплата профессора в рос-сийских вузах не позволяет покупать книги – стоимость десяти книг равна этой зарплате. Потому, что , глядя на все это, молодые ученые уезжают из России, обескровливая отечественную науку, культуру, образование. Не просто хотят больших денег, выполнение научной работы требует определенных расходов, а уход в бизнес, даже успешный, - это смерть для ученого: деньги будут, их вполне можно заработать в России, но ведь расплачиваться придется потерей

чего-то очень важного, когда ты – уже не ты, и то, что ты любил, - уже не для тебя…

Академик Алферов пришел в Думу затем, чтобы избавить моло-дых ученых России от этого страшного выбора – потерять Родину или потерять себя. Потому, что физик, разбираюшийся в усилении сигналов, знает: если твой голос не могут услышать, найди возмо-жность употребить энергию какой-то системы, рассеивающуюся в пространстве, для усиления полезного сигнала!

Голос Ж. И. Алферова наконец-то услышан не только коллегами.

Ученые всего мира, занимающиеся проблемами физики твердого тела, знают его работы. Он автор четырех книг, 50 изобретений и более 400 научных статей. И сегодня он продолжает свои ис-следования. Невиданные перспективы открылись перед учеными именно благодаря новым способом обработки информации. Пред-варительно выполнив численное моделирование процесса, можно создать упорядоченную структуру, уложив в цепочку заданной конфигурации атом за атомом. Размер таких структур – уже не микро-, а нанометры. Не одна миллионная, а одна миллиардная доля метра! Мы не можем себе представить такое крошечное устройство, а академик Алферов уже знает, как оно будет работать. На смену микроэлектронике приходят нанотехнологии.

Академик Алферов, никогда не задумывавшийся о собственном комфорте, много сделал для того, чтобы в новом веке нам было хорошо работать.

А чтобы не переводились в России физики, при Физико-технологическом институте имени А. Ф. Иоффе создана школа. Туда набирают ребят с восьмого класса, учат физике и математике, и не только. Скоро в школьной театральной студии премьера очередного спектакля. Ж. Алферов: “ Я там тоже задействован. Буду рычать пару раз ”. Когда-то, одиннадцатилетним мальчиком, он собирал полный зал во Дворце культуры комбината, где работал его отец, - читал Зощенко! Так вот, часть Нобелевской премии Алферов решил передать в школу. Чтобы было кому работать в Физтехе.

Член Королевской Академии наук Швеции Герман Гриммайс заявил, что работа этих трех человек бесценна для развития современных информационных технологий: “Без Д. Килби было бы невозможным создание персональных компьютеров, а без Ж. Алферова невозможно было бы передавать информацию через спутники”.

В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное
представление об окружающем мире – от свойств элементарных частиц до эволюции
Вселенной. Тем же, кто решил связать свою будущую профессию с физикой, изучение
этой науки поможет сделать первые шаги на пути к овладению профессией. Мы
можем узнать, как даже абстрактные на первый взгляд физические исследования
рождали новые области техники, давали толчок развитию промышленности и привели
к тому, что принято называть НТР. Успехи ядерной физики, теории твердого тела,
электродинамики, статистической физики, квантовой механики определили облик
техники конца ХХ века, такие ее направления, как лазерная техника, ядерная
энергетика, электроника

Содержание

1. Введение
2. Биография Жореса Алферова
3. Нобелевская премия
4. Гетероструктура
5.Польза и вред нобелевского открытия
6. Вывод.
8. Список использованной литературы.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Нобелевские лоуреаты в области физики Алферов.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра оптики и биофотоники

Жорес Алферов

2. Биография Жореса Алферова

3. Нобелевская премия

5.Польза и вред нобелевского открытия

8. Список использованной литературы.

В науке нет откровения, нет постоянных догматов;

всё в ней, напротив того, движется и совершенствуется.

В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное

представление об окружающем мире – от свойств элементарных частиц до эволюции

Вселенной. Тем же, кто решил связать свою будущую профессию с физикой, изучение

этой науки поможет сделать первые шаги на пути к овладению профессией. Мы

можем узнать, как даже абстрактные на первый взгляд физические исследования

рождали новые области техники, давали толчок развитию промышленности и привели

к тому, что принято называть НТР. Успехи ядерной физики, теории твердого тела,

электродинамики, статистической физики, квантовой механики определили облик

техники конца ХХ века, такие ее направления, как лазерная техника, ядерная

энергетика, электроника. Разве можно представить себе в наше время какие-нибудь

области науки и техники без электронных вычислительных машин? Многим из нас

после окончания школы доведется работать в одной из этих областей, и кем бы мы

ни стали – квалифицированными рабочими, лаборантами, техниками, инженерами,

врачами, космонавтами, биологами, археологами, - знание физики поможет нам

лучше овладеть своей профессией.

2. БИОГРАФИЯ ЖОРЕСА АЛФЕРОВА

Я не уверен даже, что в ХХI веке удастся освоить

Жорес Алферов родился 15 марта 1930 года в Белоруссии в городе Витебске. Необычное имя - Жорес отец, старый большевик, дал ему в честь Жана Жореса, основателя Французской социалистической партии. Детство, война, школа, Победа.
В 1953г. выпускник факультета электроники Ленинградского электротехнического института имени В. И. Ленина стал младшим научным сотрудником Физико-технологического института АН СССР имени А. Ф. Иоффе. С первых дней работы молодой ученый принял участие в работах по традиционной для института тематике - физике полупроводников. В начале 1950-х шли активные исследования полупроводниковых устройств - транзисторов, созданных в 1949 г. в США Дж. Бардиным, У.Браттейном и У.Б. Шокли. Одновременно проводились интенсивное изучение свойств полупроводников. Вот тут-то и встали проблемы очистки полупроводников и их легирования. Кандидатская диссертация Жореса Алферова, защищенная в 1961 г., и была посвящена способам получения сверхчистых германиевых и кремниевых выпрямителей .

Ж. Алферов – автор фундаментальных работ в области физики полупроводников, полупроводниковых приборов, полупроводниковой и квантовой электроники. При его активном участии были созданы первые отечественные транзисторы и мощные германиевые выпрямители.

Основоположник нового направления в физике полупроводников полупроводниковой электронике – полупроводниковые гетероструктуры и приборы на их основе. На счету ученого 50 изобретений, три

монографии, более 350 научных статей в отечественных и международных журналах.

Он – лауреат Ленинской (1972) и Государственной (1984) премий СССР.

Франклиновский институт (США) присудил Ж. Алферову золотую медаль С.Баллантайна, Европейское физическое обществ о удостоило его премии

С 1989 года Алферов – председатель президиума Ленинградского –

Санкт-Петербургского научного центра РАН. С 1990 года – вице-президент Академии наук СССР (РАН). Ж. Алферов – депутат Государственной Думы Российской Федерации (фракция КПРФ), член комитета по образованию и науке.

3. НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ

Здесь Жорес Иванович ошибся. Как говорится, награда нашла героя раньше наступления глубокой старости. 10 октября 2000 года по всем программам российского телевидения сообщили о присуждении Ж.И. Алфёрову Нобелевской премии по физике за 2000 год. Отечественные ученые не добивались такого успеха более чем два десятилетия. Последним был Петр Капица в 1978 году.

Жорес Алферов разделил премию с двумя зарубежными коллегами – Гербертом Кремером из Калифорнийского университета в Санта-Барбарее и Джеком С.Килби из фирмы Texas Instruments в Далласе. Ученые удостоены награды за открытие и разработкуопто- и микроэлектронных элементов, на основе которых впоследствии разрабатывались детали современных электронных устройств. Эти элементы были созданы на базе так называемых полупроводниковых гетероструктур – многослойных компонентов быстродействующих диодов и транзисторов.

Фундаментальные работы этих ученых сделали принципиально возможным создание волоконно-оптических коммуникаций, в том числе Интернета. Лазерные диоды, основанные на гетероструктурной технологии, можно обнаружить в проигрывателях CD-дисков, устройстве для прочтения штрих-кодов. Быстродействующие транзисторы используются в спутниковой связи и мобильных телефонах.

Размер премии составляет 9млн. шведских крон (около девятисот тысяч

долларов). Половину этой суммы получил Джек С.Килби, другую поделили Жорес Алферов и Герберт Кремер.

Каковы же прогнозы нобелевского лауреата на будущее? Он убежден, что ХХI век будет веком атомной энергетики. Углеводородные источники энергии исчерпаемы, атомная же энергия пределов не знает. Безопасная атомная энергитика, как говорит Алферов, возможна.

Квантовая физика, физика твердого тела – вот, по его мнению, основа

прогресса.. Ученые научились укладывать атомы один к одному, в буквальном смысле строить новые материалы для уникальных приборов. Уже появились потрясающие лазеры на квантовых точках.

Полупроводниковая гетероструктура обычно состоит из двух или более слоев с различной шириной запрещенной зоны. Контакт таких слоев, как правило различающихся химическим составов, представляет собой гетеропереход. Помимо ширины запрещенной зоны на границе раздела полупроводников изменяются подвижность носителей заряда, их эффективная масса и другие характеристики. В резком гетеропереходе изменение свойств происходит на расстоянии, сравнимом или меньшем, чем ширина области объемного заряда. В зависимости от легирования обеих сторон гетероперехода можно создать p-n-, n-n- или p-p-гетеропереходы. Образование гетеропереходов, требующее стыковки кристаллических решеток, возможно лишь при совпадении типа, ориентации и периода кристаллической решетки сращиваемых материалов. Кроме того, граница раздела по возможности должна быть свободна от структурных и других дефектов (дислокаций, точечных дефектов), а также от механических напряжений. Наиболее широко применяются монокристаллические гетеропереходы между полупроводниками типа АIIIBV и их твердыми растворами на основе арсенидов, фосфидов и антимонидов Ga и Al. Благодаря близости ковалентных радиусов Ga и Al изменение химического состава происходит без изменения периода решетки. В зависимости от назначения гетероструктуры энергия запрещенной зоны различных полупроводников регулируется или замещением элементов (Ga на In или Al,As на P, Sb или N), или изменением состава полупроводникового сплава. Резкие границы между различными полупроводниковыми слоями формируются несколькими методами, такими, как молекулярная пучковая эпитаксия(МПЭ) и металлоорганическое химическое вакуумное осаждение. В этих методах слои выращиваются эпитаксиально (атомный слой за атомным слоем) на подложке с подходящей постоянной решетки. Исследуя гетероструктуры, Ж.И. Алферов еще в конце 1960-х годов выделил их следующие наиболее важные преимущества:

суперинжекцию носителей;
оптическое ограничение, или волноводный эффект;
электронное ограничение, или локализацию неравновесных носителей заряда в узкозонной части гетероструктуры, ограниченной более широкозонными полупроводниками.

Гетероструктуры оказали значительное влияние на развитие некоторых областей науки. Они являются ключевым компонентом в высокочастотных транзисторах, полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах, фотоэлементах, оптронах и т.д.Так, в биполярных транзисторах на гетеропереходах база выполнена из полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны. Это приводит, в частности, к снижению энергетического барьера для электронов и как следствие к сильному увеличению электронного тока. Если при этом дырочный ток не изменяется, то может возникнуть избыточное усиление по току. Это создает выгодную ситуацию: можно уменьшить усиление путем более сильного легирования базы и сделать ее тоньше, что, в свою очередь, позволяет уменьшить ее сопротивление и величину RC-постоянной, то есть тем самым увеличить быстродействие транзистора. Использование в гетероструктурах сложных полупроводников открыло возможности комбинирования микроэлектронной, оптоэлектронной и микроволновых технологий. Примером может служить созданная на одном чипе система, состоящая из фотоприемника с высоким быстродействием, соединенного с фотонным детектором на гетероструктуре и высокоскоростной электроникой.

5.ПОЛЬЗА И ВРЕД НОБЕЛЕВСКОГО ОТКРЫТИЯ

Чем полезно и опасно нобелевское открытие Алферова?

Исследования нашего ученого и его коллег- лауреатов из Германии и США являются крупным шагом на пути освоения нанотехнологии. Именно ей, по убеждению мировых авторитетов, будет принадлежать ХХI век. В нанотехнологию ежегодно инвестируются сотни миллионов долларов, исследованиями заняты десятки фирм.

Нанороботы – гипотетические механизмы раз мером в десятки нанометров (это миллионные доли миллиметра), разработка которых начата не так давно. Наноробот собирается не из привычных нам деталей и узлов, а из отдельных молекул и атомов. Как и обычные роботы, нанороботы смогут двигаться, производить различные операции, они будут управляться извне или встроенным компьютером.

Основные задачи нанороботов – собирать механизмы и создавать новые вещества. Такие устройства называются ассемблер (сборщик) или репликатор. Венцом станут нанороботы, самостоятельно собирающие свои копии, то есть способные к размножению. Сырьем для размножения послужат самые дешевые, буквально валяющиеся под ногами материалы – опавшие листья или морская вода, из которых нанороботы будут выбирать нужные им молекулы, как лисица отыскивает себе пропитание в лесу.

Идея этого направления принадлежит нобелевскому лауреату Ричарду Фейнману и была высказана в 1959 году. Уже появились приборы, способные оперировать с отдельным атомом, например, переставить его в другое место. Созданы отдельные элементы нанороботов : механизм шарнирного типа на основе нескольких цепочек ДНК, способный сгибаться и разгибаться по химическому сигналу, образцы нанотранзисторов и электронных переключателей, состоящие из считанного числа атомов.

Но что если в устройстве, предназначенном для очистки промышленных отходов, произойдет сбой и оно начнет уничтожать полезные вещества биосферы? Самым неприятным окажется то, что нанороботы способны к самовоспроизводству. И тогда они окажутся принципиально новым оружием массового поражения. Нетрудно представить себе нанороботы, запрограммированные на изготовление уже известного оружия. Овладев секретом создания робота или каким-то образом достав его, даже

террорист-одиночка сможет штамповать их в неимоверном количестве. К неприятным последствиям нанотехнологии относится создание устройств, селективно разрушительных, например, воздействующих на определенные этнические группы или географические районы.

Некоторые считают Алферова мечтателем. Что ж, он любит мечтать, но его мечты строго научны. Потому что Жорес Алферов – настоящий ученый. И нобелевский лауреат.

В 2000 году лауреатами Нобелевской премии по химии стали американцы Алан Хигер (Калифорнийский университет в Санта – Барбаре) и Алан Макдайармид (Пенсильванский университет), а также японский ученый Хидэки Сиракава (Университет Цукубы). Они удостоились высшей научной награды за открытие электропроводимости пластмасс и разработку электропроводящих полимеров, получивших широкое применение в производстве фотопленки, компьютерных мониторов, телеэкранов, отражающих свет окон и прочих высокотехнологичных продуктов.

В 2000 году Жорес Алферов и два американских ученых Герберт Крёмер и Джек Килби получили Нобелевскую премию за достижения в электронике. Так уж получилось, что Нобелевский комитет поставил в один ряд создателей полупроводниковых гетероструктур (Алферова и Крёмера) и разработчика технологии производства микросхем (Килби). Хотя с научной точки зрения Алферов в СССР и Крёмер в США сделали более важные открытия, чем Килби, работавший над первыми микрочипами. Однако с Нобелевским комитетом не поспоришь, и Алферов получил лишь четвертую часть (поскольку половина премии отошла Килби) денежного вознаграждения.

О Нобелевской награде Жореса Алферова знают многие, но далеко не все имеют понятие о полупроводниковых гетероструктурах, развитие которых стало поводом для награждения ученого.

Что это такое и почему эти самые гетероструктуры имеют такое большое значение в современной технике, электронике и жизни?

Схематическое изображение гетероструктурного полупроводника. Вся сложность получения таких структур заключается в том, что на подложку из одного полупроводника нужно нанести особым узором слой совершенно другого полупроводника. Толщина такого слоя может быть соизмерима с размером атомов!

Первые стабильно работающие лазеры были построены в середине 50-х годов прошлого века, и тогда они представляли собой сложные лабораторные установки больших габаритов. В то же время начали создаваться промышленные образцы транзисторов — именно над этим и работал Жорес Алферов. Эти транзисторы проектировались на основе германия — одного из наиболее пригодных к практическому применению полупроводников.

Так при чем здесь транзисторы и лазеры? А при том, что

Алферов с начала 60-х годов начал работать над сложнейшей (и даже казавшейся в то время бесперспективной) проблемой получения полупроводниковых гетероструктур, а одним из результатов этой работы стала возможность создания совершенно новых приборов — компактных, стабильных и экономичных лазеров.

Интересно, что получение высококачественных полупроводниковых гетероструктур и сейчас — довольно трудная задача, решаемая с помощью сложных установок, в которых поддерживаются глубокий вакуум и абсолютная чистота. А сложность получения гетеро структур состоит в том, что для этого необходимо на основу (или подложку) из одного полупроводника нанести тончайший слой другого полупроводника. При этом верхний слой должен быть не сплошным, а представлять собой особый узор, в котором все размеры и расстояния между отдельными элементами выверены едва ли не до атома.

Использование в считывающей головке DVD/CD-проигрывателя, сканерах штрих-кодов, современных сигнальных лампах в автомобилях, базовых станциях для мобильных телефонных сетей и интегральных схемах любого прибора — вот первое, что приходит на ум при упоминании о значимости гетероструктурных полупроводников

Жорес Алферов с сотрудниками пришел к выводу, что наилучшими материалами для гетероструктур станут известные полупроводники GaAs (арсенид галлия — соединение металла с мышьяком) и AlAs (арсенид алюминия). Однако второе вещество оказалось непригодным для использования из-за своих физических свойств — арсенид алюминия стал камнем преткновения, и ученым пришлось потратить немало сил на поиск адекватной замены. Ею стал полупроводник со сложной формулой AIGaAs, и теперь он вместе с арсенидом галлия составляет основу современной оптоэлектроники.

Естественно, что позднее были найдены и другие пары, и даже целые наборы полупроводниковых материалов, из которых сейчас создаются различные по характеристикам и назначению гетероструктуры. Среди этих полупроводников присутствуют соединения галлия, кремния, алюминия с мышьяком, фосфором, индием и другими элементами. Группа ученых под руководством Алферова также занималась поиском пригодных для создания гетероструктур полупроводников и добилась немалых успехов.

Разработанные Жоресом Алферовым технологии получения идеальных гетероструктур легли в основу оптоэлектроники и микроэлектроники.

Оказалось, что так можно создать компактные, буквально микроскопические лазеры с самым широким спектром излучения, транзисторы со строго заданным набором свойств и другие полупроводниковые устройства, которые обязательно найдут широкое применение на практике.

Лазерные диоды — важные электронные компоненты, построенные на основе гетероструктурных полупроводников, — широко применяются в качестве управляемых источников света в волоконно-оптических линиях связи

Кроме того, на основе гетероструктур создаются и приемники оптического излучения, обладающие высоким КПД и уникальными характеристиками. В частности, это солнечные элементы, применяющиеся на космических кораблях и на Земле, а также некоторые виды матриц для фотоаппаратов и приемники инфракрасного излучения (на них основаны, например, приборы ночного видения).

Обычному человеку может показаться, что работы ученого не так уж и значимы, но это глубокое заблуждение — Жорес Алферов создал основу для технологий оптической записи информации, волоконно-оптической связи, эффективных солнечных элементов, новых типов транзисторов и микросхем и много другого. Так что переоценить его вклад в науку и технику (а именно в электронику) невозможно.

Достижения Жореса Алферова были отмечены еще в 1971–1972 годах, когда ему вручили сразу несколько зарубежных и отечественных премий и наград, однако по-настоящему знаменитым ученый стал в 2000 году, когда получил Нобелевскую премию.

Тем более открытия Жореса Алферова нужно знать нам — поколению, чья жизнь в немалой степени зависит от электроники во всех ее проявлениях.

Дальнейшие исследования в области гетероструктурных полупроводников имеют широкий потенциал. С их помощью можно создать искусственные устройства со свойствами клетки, пригодные для использования в микроэлектронике. С этого начнется новая эра микроэлектроники, в которой работа приборов будет основана на принципах работы живых организмов.

Краткая биография

В 1948 году будущий ученый с золотой медалью окончил школу и по совету учителя физики поступил в Ленинградский электротехнический институт (ЛЭТИ), который с отличием окончил в 1953-м. Уже тогда Алферов проявил немалые способности и был принят на работу в Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе (ФТИ им. Иоффе), в котором работает и сейчас.

Алферов участвовал в создании транзисторов, а с 1960-х годов занялся гетерогенными полупроводниковыми структурами, за что в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике. По сути, Жорес Алферов стоял у истоков всей современной микро- и оптоэлектроники.

В 1961 году Жорес Иванович защитил кандидатскую диссертацию, в 1970-м стал доктором наук, в 1972-м — профессором ЛЭТИ, а в 1979-м — академиком АН СССР (позже — РАН). С 1987 года он был директором ФТИ им. Иоффе, а с 2003-го по 2006-й — научным руководителем. На данный момент Жорес Алферов занимает пост вице-президента РАН.

Несмотря на почтенный возраст, Жорес Алферов ведет активную научную, преподавательскую и общественную деятельность, работает в области полу проводников и наноструктур. Именно он возглавит отечественную Кремниевую долину в Сколково, которая станет современным научно-техническим комплексом и главным инновационным центром России.

Читайте также: