Алферов Жорес: биография, личная жизнь, фото. Смотреть что такое "Алфёров, Жорес Иванович" в других словарях Алферов физик биография

- (р. 1930), физик, академик (1979), вице президент (с 1990) РАН. Председатель Президиума Санкт Петербургского научного центра РАН (с 1989). Труды по полупроводникам, гетеропереходам и приборам на их основе. Ленинская премия (1972), Государственная … Энциклопедический словарь

- (р. 15.3.1930, Витебск), советский физик, член корреспондент АН СССР (1972). Член КПСС с 1965. Окончил (1952) Ленинградский электротехнический институт. С 1952 работает в Физико техническом институте АН СССР. С 1972 профессор Ленинградского… … Большая советская энциклопедия

- … Википедия

Алфёров, Жорес Иванович - (р. 1930) академик РАН (1979), вице президент РАН (с 1990), почетный член РАО (2001; Отделение среднего образования); председатель Президиума Ленинградского (С. Петербургского) научного центра РАН (с 1989), директор физико технического… … Педагогический терминологический словарь

Алфёров русская фамилия. Известные носители Алфёров, Андрей Александрович артист балета, заслуженный артист России (1996). Алфёров, Александр Данилович (1862 1919) русский учитель, методист русского языка. Алфёров, Александр… … Википедия

Жорес Иванович (род. 1930), физик, академик РАН (1979). Вице президент РАН (с 1990). Председатель Президиума Ленинградского (Санкт Петербургского) научного центра РАН (с 1989). Труды по полупроводникам, гетеропереходам и приборам на их основе.… … Русская история

Алфёров Ж. И. - АЛФЁРОВ Жорес Иванович (р. 1930), физик, акад. РАН (1979). Вице през. РАН (с 1990). Пред. Президиума Ленингр. (С. Петерб.) науч. центра РАН (с 1989). Тр. по полупроводникам, гетеропереходам и приборам на их основе. Лен. пр. (1972), Гос. пр. СССР… … Биографический словарь

Во время посещения Владимиром Путиным и Герхардом Шредером Научно образовательного центра Физико технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, 10 апреля 2001 года Дата рождения: 15 марта 1930(19300315) … Википедия

Жорес Иванович Алфёров Во время посещения Владимиром Путиным и Герхардом Шредером Научно образовательного центра Физико технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, 10 апреля 2001 года Дата рождения: 15 марта 1930(19300315) … Википедия

Книги

• Наука и общество , Алферов Жорес Иванович. В книге представлены воспоминания, интервью и публичные выступления выдающегося ученого и общественного деятеля академика Ж. И. Алфёрова. Открывается книга разделом, посвященным присуждению и…

АЛФЕРОВ, ЖОРЕС ИВАНОВИЧ (р. 1930), русский физик. Родился 15 марта 1930 в Витебске. Его родители, убежденные коммунисты, назвали старшего сына (в возрасте 20 лет он погиб на войне) Марксом, а младшего – Жоресом, в честь основателя французской социалистической партии. Отец был «красным директором» разных военных заводов, семью бросало из города в город. Семилетку Жорес окончил на Сясьстрое (Урал), а в 1945 родители переехали в Минск; здесь в 1948 Алферов окончил 42-ю среднюю школу, где физику преподавал Я.Б.Мельцерзон – «учитель милостью божьей», ухитрившийся в разоренной школе, без физического кабинета, привить ученикам интерес и любовь к своему предмету. По его совету Алферов поступил в Ленинградский электротехнический институт на факультет электронной техники. В 1953 он окончил институт и как один из лучших студентов был принят на работу в Физико-технический институт в лабораторию В.М.Тучкевича. В этом институте Алферов работает и поныне, с 1987 – в качестве директора.

В первой половине 1950-х годов лаборатория Тучкевича начала разрабатывать отечественные полупроводниковые приборы на основе монокристаллов германия. Алферов участвовал в создании первых в СССР транзисторов и силовых германиевых тиристоров, а в 1959 защитил кандидатскую диссертацию, посвященную исследованию германиевых и кремниевых силовых выпрямителей. В те годы была впервые высказана идея использования не гомо-, а гетеропереходов в полупроводниках для создания более эффективных приборов. Однако многие считали работу над гетеропереходными структурами бесперспективной, поскольку к тому времени создание близкого к идеальному перехода и подбор гетеропар казались неразрешимой задачей. Однако на основе так называемых эпитаксиальных методов, позволяющих варьировать параметры полупроводника, Алферову удалось подобрать пару – GaAs и GaAlAs – и создать эффективные гетероструктуры. Он и сейчас любит пошутить на эту тему, говоря, что «нормально – это когда гетеро, а не гомо. Гетеро – это нормальный путь развития природы».

Начиная с 1968 развернулось соревнование ЛФТИ с американскими фирмами Bell Telephone, IBM и RCA – кто первый разработает промышленную технологию создания полупроводников на гетероструктурах. Отечественным ученым удалось буквально на месяц опередить конкурентов; первый непрерывный лазер на гетеропереходах был создан тоже в России, в лаборатории Алферова. Эта же лаборатория по праву гордится разработкой и созданием солнечных батарей, успешно примененных в 1986 на космической станции «Мир»: батареи проработали весь срок эксплуатации до 2001 без заметного снижения мощности.

Технология конструирования полупроводниковых систем достигла такого уровня, что стало возможным задавать кристаллу практически любые параметры: в частности, если расположить запрещенные зоны определенным образом, то электроны проводимости в полупроводниках смогут перемещаться лишь в одной плоскости – получится так называемая «квантовая плоскость». Если расположить запрещенные зоны иначе, то электроны проводимости смогут перемещаться лишь в одном направлении – это «квантовая проволока»; можно и вовсе перекрыть возможности перемещения свободных электронов – получится «квантовая точка». Именно получением и исследованием свойств наноструктур пониженной размерности – квантовых проволок и квантовых точек – занимается сегодня Алферов.

По известной физтеховской традиции Алферов многие годы сочетает научные исследования с преподаванием. С 1973 он заведует базовой кафедрой оптоэлектроники Ленинградского электротехнического института (ныне Санкт-Петербургский электротехнический университет), с 1988 он – декан физико-технического факультета Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный авторитет Алферова чрезвычайно высок. В 1972 он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, в 1979 – ее действительным членом, в 1990 – вице-президентом Российской академии наук и Президентом Санкт-Петербургского научного центра РАН.

Алферов – почетный доктор многих университетов и почетный член многих академий. Награжден Золотой медалью Баллантайна (1971) Франклиновского института (США), Хьюлет-Паккардовской премией Европейского физического общества (1972), медалью Х.Велькера (1987), премией А.П.Карпинского и премией А.Ф.Иоффе Российской академии наук, Общенациональной неправительственной Демидовской премией РФ (1999), премией Киото за передовые достижения в области электроники (2001).

В 2000 Алферов получил Нобелевскую премию по физике «за достижения в электронике» совместно с американцами Дж.Килби и Г.Крёмером . Крёмер, как и Алферов, получил награду за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов (Алферов и Крёмер получили половину денежной премии), а Килби– за разработку идеологии и технологии создания микрочипов (вторую половину).

Родился 15 марта 1930 г. в г. Витебске в семье Ивана Карповича и Анны Владимировны Алфёровых, уроженцев Белоруссии. Отец восемнадцатилетним юношей в 1912 г. приехал в Санкт-Петербург. Работал грузчиком в порту, разнорабочим на конвертной фабрике, рабочим на заводе «Лесснер» (впоследствии «Завод им. Карла Маркса»). В первую мировую дослужился до звания унтер-офицера лейб-гвардии, став георгиевским кавалером.

В сентябре 1917 г. И.К.Алфёров вступил в партию большевиков и на всю жизнь остался верен избранным в юности идеалам. Об этом, в частности, свидетельствуют и горькие слова самого Жореса Ивановича: «Я счастлив, что мои родители не дожили до этого времени» (1994 г.). В гражданскую войну И.К.Алфёров командовал кавалерийским полком Красной Армии, встречался с В.И.Лениным, Л.Д.Троцким, Б.Б.Думенко. После окончания Промакадемии в 1935 г. он прошёл путь от директора завода до начальника треста: Сталинград, Новосибирск, Барнаул, Сясьстрой (под Ленинградом), Туринск (Свердловская область, военные годы), Минск (после войны). Ивану Карповичу были свойственны внутренняя порядочность и нетерпимость к огульному осуждению людей.

Анна Владимировна обладала ясным умом и большой житейской мудростью, во многом унаследованной сыном. Работала в библиотеке, возглавляла совет жён-общественниц.

Ж.И.Алфёров с родителями, Анной Владимировной и Иваном Карповичем (1954 г.).

Супруги, как большинство людей того поколения, стойко верили в революционные идеи. Тогда появилась мода давать детям звучные революционные имена. Младший сын стал Жоресом в честь французского революционера Жана Жореса, а старший – Марксом, в честь основоположника научного коммунизма. Жорес и Маркс были директорскими детьми, а значит, нужно было быть примером и в учёбе, и в общественной жизни.

Молох репрессий обошёл стороной семью Алфёровых, но война взяла своё. Маркс Алфёров закончил школу 21 июня 1941 г. в Сясьстрое. Поступил в Уральский индустриальный институт на энергетический факультет, но проучился лишь несколько недель, а потом решил, что его долг – защищать Родину. Сталинград, Харьков, Курская дуга, тяжёлое ранение в голову. В октябре 1943 г. он провёл три дня с семьёй в Свердловске, когда после госпиталя возвращался на фронт. И эти три дня, фронтовые рассказы старшего брата, его страстную юношескую веру в силу науки и инженерной мысли Жорес запомнил на всю жизнь. Гвардии младший лейтенант Маркс Иванович Алфёров погиб в бою во «втором Сталинграде» – так называли тогда Корсунь-Шевченковскую операцию.

В 1956 г. Жорес приехал на Украину, чтобы найти могилу брата. В Киеве, на улице, он неожиданно встретил своего сослуживца Б.П.Захарченю, ставшего впоследствии одним из ближайших его друзей. Договорились поехать вместе. Купили билеты на пароход и уже на следующий день плыли вниз по Днепру к Каневу в двухместной каюте. Нашли деревню Хильки, около которой Маркс Алфёров яростно отражал попытку отборных немецких дивизий выйти из корсунь-шевченковского «котла». Нашли братскую могилу с белым гипсовым солдатом на постаменте, высящемся над буйно разросшейся травой, в которую были вкраплены простые цветы, какие обычно сажают на русских могилах: ноготки, анютины глазки, незабудки.

В разрушенном Минске Жорес учился в единственной в то время русской мужской средней школе № 42, где был замечательный учитель физики - Яков Борисович Мельцерзон. В школе не было физического кабинета, но влюблённый в физику Яков Борисович умел передать ученикам свое отношение к любимому предмету, так что в довольно хулиганистом классе никогда не шалили. Жорес, поражённый рассказом Якова Борисовича о работе катодного осциллографа и принципах радиолокации, поехал в 1947 г. учиться в Ленинград, в Электротехнический институт, хотя его золотая медаль открывала возможность поступления в любой институт без экзаменов. Ленинградский электротехнический институт (ЛЭТИ) им. В.И.Ульянова (Ленина) был учреждением с уникальным названием: в нём упомянуты и настоящая фамилия, и партийная кличка человека, которого часть населения бывшего СССР теперь не очень почитает (нынче это Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет).

Фундамент науки в ЛЭТИ, сыгравшем выдающуюся роль в развитии отечественной электроники и радиотехники, был заложен такими «китами», как Александр Попов, Генрих Графтио, Аксель Берг, Михаил Шателен. Жоресу Ивановичу, по его словам, очень повезло с первым научным руководителем. На третьем курсе, считая, что математика и теоретические дисциплины даются легко, а «руками» нужно многому учиться, он пошёл работать в вакуумную лабораторию профессора Б.П.Козырева. Там, начав в 1950 г. экспериментальную работу под руководством Наталии Николаевны Созиной, незадолго до этого защитившей диссертацию по исследованию полупроводниковых фотоприёмников в ИК-области спектра, Ж.И.Алфёров впервые столкнулся с полупроводниками, ставшими главным делом его жизни. Первой проштудированной монографией по физике полупроводников стала книга Ф.Ф.Волькенштейна «Электропроводность полупроводников», написанная во время блокады Ленинграда. В декабре 1952 г. проходило распределение. Ж.И.Алфёров мечтал о Физтехе, возглавляемом Абрамом Фёдоровичем Иоффе, монография которого «Основные представления современной физики» стала для молодого учёного настольной книгой. При распределении были три вакансии, и одна досталась Ж.И.Алфёрову. Жорес Иванович много позже писал, что его счастливая жизнь в науке была предопределена именно этим распределением. В письме родителям в Минск он сообщил о выпавшем ему огромном счастье работать в институте Иоффе. Жорес тогда ещё не знал, что Абрама Фёдоровича за два месяца до этого вынудили уйти из созданного им института, где он директорствовал более 30 лет.

Систематические исследования полупроводников в Физико-техническом институте были начаты ещё в 30-е гг. прошлого века. В 1932 г. В.П.Жузе и Б.В.Курчатов исследовали собственную и примесную проводимость полупроводников. В том же году А.Ф.Иоффе и Я.И.Френкель создали теорию выпрямления тока на контакте металл–полупроводник, основанную на явлении туннелирования. В 1931-м и 1936 гг. Я.И.Френкель опубликовал свои знаменитые работы, в которых предсказал существование экситонов в полупроводниках, введя сам этот термин и разработав теорию экситонов. Первая диффузионная теория выпрямляющего p–n -перехода, ставшая основой теории p–n -перехода В.Шокли, была опубликована Б.И.Давыдовым в 1939 г. По инициативе А.Ф.Иоффе с конца 40-х гг. в Физтехе были начаты исследования интерметаллических соединений.

30 января 1953 г. Ж.И.Алфёров приступил к работе у нового научного руководителя, в то время заведующего сектором, кандидата физико-математических наук Владимира Максимовича Тучкевича. Перед небольшим коллективом сектора была поставлена очень важная задача: создание первых отечественных германиевых диодов и транзисторов с p–n-переходами (см. «Физику» № 40/2000, В.В.Рандошкин . Транзистор). Тема «Плоскость» была поручена правительством параллельно четырём институтам: ФИАНу и ФТИ в Академии наук, ЦНИИ-108 – главному в то время радиолокационному институту Министерства обороны в Москве (во главе с академиком А.И.Бергом) – и НИИ-17 – головному институту электронной техники во Фрязино, под Москвой.

Физтех в 1953 г., по нынешним меркам, был небольшим институтом. Ж.И.Алфёров получил пропуск № 429 (что означало численность всех сотрудников института на тот момент). Потом большинство знаменитых физтеховцев уехали в Москву к И.В.Курчатову и в другие вновь создаваемые «атомные» центры. «Полупроводниковая элита» ушла вместе с А.Ф.Иоффе в недавно организованную лабораторию полупроводников при президиуме АН СССР. В ФТИ из «старшего» поколения «полупроводниковцев» остались лишь Д.Н.Наследов, Б.Т.Коломиец и В.М.Тучкевич.

Новый директор ЛФТИ, академик А.П.Комар, далеко не лучшим образом вёл себя по отношению к своему предшественнику, но в развитии института избрал вполне разумную стратегию. Основное внимание уделялось поддержке работ по созданию качественно новой полупроводниковой электроники, космических исследований (газодинамика больших скоростей и высокотемпературные покрытия - Ю.A.Дунаев) и разработке методов разделения лёгких изотопов для водородного оружия (Б.П.Константинов). Не забывались и чисто фундаментальные исследования: именно в это время был экспериментально открыт экситон (Е.Ф.Гросс), созданы основы кинетической теории прочности (С.Н.Журков), начаты работы по физике атомных столкновений (В.М.Дукельский, К.В.Федоренко). Блестящий доклад Е.Ф.Гросса об открытии экситона прозвучал на первом для Ж.И.Алфёрова полупроводниковом семинаре в Физтехе в феврале 1953 г. Он испытал ни с чем не сравнимое ощущение – быть свидетелем рождения выдающегося открытия в той области науки, в которой делаешь свои первые шаги.

Дирекция ФТИ прекрасно понимала необходимость привлечения молодёжи в науку, и каждый приходящий молодой специалист проходил собеседование в дирекции. Именно в это время были приняты в Физтех будущие члены Академии наук СССР Б.П.Захарченя, А.А.Каплинский, Е.П.Мазец, В.В.Афросимов и многие другие.

В Физтехе Ж.И.Алфёров очень быстро дополнил свое инженерно-техническое образование физическим и стал высококлассным специалистом по квантовой физике полупроводниковых приборов. Главной была работа в лаборатории – Алфёрову посчастливилось быть участником рождения советской полупроводниковой электроники. Жорес Иванович как реликвию хранит свой лабораторный журнал того времени с записью о создании им 5 марта 1953 г. первого советского транзистора с p–n -переходом. Сегодня можно удивляться, как очень небольшой коллектив очень молодых сотрудников под руководством В.М.Тучкевича в течение нескольких месяцев разработал основы технологии и метрологии транзисторной электроники: А.А.Лебедев – получение и легирование совершенных монокристаллов германия, Ж.И.Алфёров – получение транзисторов с параметрами на уровне лучших мировых образцов, А.И.Уваров и С.М.Рывкин – создание прецизионной метрики кристаллов германия и транзисторов, Н.С.Яковчук – разработка схем на транзисторах. В этой работе, которой коллектив отдавался со всей страстью молодости и сознанием высочайшей ответственности перед страной, очень быстро и эффективно шло формирование молодого учёного, понимание значения технологии не только для создания новых электронных приборов, но и для физических исследований, роли и значения «мелких», на первый взгляд, деталей в эксперименте, необходимости понимания «простых» основ прежде выдвигания «высоконаучных» объяснений неудачных результатов.

Уже в мае 1953 г. первые советские транзисторные приёмники демонстрировались «высокому начальству», а в октябре в Москве работу принимала правительственная комиссия. ФТИ, ФИАН и ЦНИИ-108, используя разные методики конструирования и технологии изготовления транзисторов, успешно решили задачу, и лишь НИИ-17, слепо копируя известные американские образцы, провалил работу. Правда, созданному на основе одной из его лабораторий первому в стране полупроводниковому институту НИИ-35 и была поручена разработка промышленной технологии транзисторов и диодов с p–n -переходами, с которой они успешно справились.

В последующие годы небольшой коллектив «полупроводниковцев» ФТИ заметно расширился, и в очень короткое время в лаборатории уже доктора физмат наук профессора В.М.Тучкевича были созданы первые советские германиевые силовые выпрямители, германиевые фотодиоды и кремниевые солнечные батареи, исследовано поведение примесей в германии и кремнии.

В мае 1958 г. к Ж.И.Алфёрову обратился Анатолий Петрович Александров, будущий президент Академии наук СССР, с просьбой разработать полупроводниковые устройства для первой советской атомной подводной лодки. Для решения этой задачи нужны были принципиально новые технология и конструкция германиевых вентилей. Младшему научному сотруднику лично (!) звонил заместитель Председателя Правительства СССР Дмитрий Фёдорович Устинов. Пришлось на два месяца поселиться прямо в лаборатории, и работа была успешно выполнена в рекордно короткие сроки: уже в октябре 1958 г. устройства стояли на подводной лодке. Для Жореса Ивановича и сегодня полученный в 1959 г. за эту работу первый орден является одной из самых ценных наград!

Ж.И.Алфёров после вручения правительственной награды за работы по заказу ВМФ СССР

Установка вентилей была связана с многочисленными поездками в Северодвинск. Когда на «приёмку темы» приехал заместитель главкома ВМС и ему доложили, что теперь па подлодках стоят новые германиевые вентили, адмирал поморщился и раздражённо спросил: «А что же, отечественных не нашлось?».

В Кирово-Чепецке, где усилиями многих сотрудников Физтеха велись работы по разделению изотопов лития с целью создания водородной бомбы, Жорес познакомился со многими замечательными людьми и живо их описывал. Б.Захарченя запомнил такой его рассказ о Борисе Петровиче Звереве – зубре «оборонки» сталинских времён, главном инженере завода. Во время войны, в самое её тяжёлое время, он руководил предприятием, занимавшимся электролитическим получением алюминия. В технологическом процессе использовалась патока, хранившаяся в огромном чане прямо в цехе. Голодные рабочие её разворовывали. Борис Петрович созвал рабочих на собрание, произнёс прочувствованную речь, затем поднялся по лестнице к верхнему краю чана, расстегнул штаны и помочился на виду у всех в чан с патокой. На технологию это не повлияло, но патоку уже никто не воровал. Жореса очень забавляло это чисто русское решение вопроса.

За успешную работу Ж.И.Алфёров регулярно поощрялся денежными премиями, вскоре получил звание старшего научного сотрудника. В 1961 г. он защитил кандидатскую диссертацию, посвящённую в основном разработке и исследованию мощных германиевых и частично кремниевых выпрямителей. Заметим, что в этих приборах, как и во всех ранее созданных полупроводниковых приборах, использовались уникальные физические свойства p–n -перехода – искусственно созданного в полупроводниковом монокристалле распределения примесей, при котором в одной части кристалла носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, а в другой – положительно заряженные квазичастицы, «дырки» (латинские n и p как раз и значат negative и positive ). Поскольку различается лишь тип проводимости, а вещество одно и то же, p–n -переход можно назвать гомопереходом .

Благодаря p–n -переходу в кристаллах удалось осуществить инжекцию электронов и дырок, а простая комбинация двух p–n -переходов позволила реализовать монокристаллические усилители с хорошими параметрами – транзисторы. Наибольшее распространение получили структуры с одним p–n -переходом (диоды и фотоэлементы), двумя p–n -переходами (транзисторы) и тремя p–n -переходами (тиристоры). Всё дальнейшее развитие полупроводниковой электроники шло по пути исследования монокристаллических структур на основе германия, кремния, полупроводниковых соединений типа А III B V (элементов III и V групп Периодической системы Менделеева). Улучшение свойств приборов шло главным образом по пути совершенствования методов формирования p–n -переходов и использования новых материалов. Замена германия кремнием позволила поднять рабочую температуру приборов и создать высоковольтные диоды и тиристоры. Успехи в технологии получения арсенида галлия и других оптических полупроводников привели к созданию полупроводниковых лазеров, высокоэффективных источников света и фотоэлементов. Комбинации диодов и транзисторов на одной монокристаллической кремниевой подложке стали основой интегральных схем, на которых базировалось развитие электронно-вычислительной техники. Миниатюрные, а затем и микроэлектронные приборы, создаваемые в основном на кристаллическом кремнии, буквально смели электровакуумные лампы, позволив уменьшить в сотни и тысячи раз размеры устройств. Достаточно вспомнить старые ЭВМ, занимавшие огромные помещения, и их современный эквивалент ноутбук – компьютер, напоминающий маленький атташе-кейс, или «дипломат», как его называют в России.

Но предприимчивый, живой ум Ж.И.Алфёрова искал свой путь в науке. И он был найден, несмотря на крайне тяжёлую жизненную ситуацию. После молниеносной первой женитьбы ему пришлось так же молниеносно развестись, потеряв квартиру. В результате скандалов, устроенных свирепой тёщей в парткоме института, Жорес поселился в полу-подвальной комнате старого физтеховского дома.

Один из выводов кандидатской диссертации гласил, что p–n -переход в гомогенном по составу полупроводнике (гомоструктура ) не может обеспечить оптимальные параметры многих приборов. Стало ясно, что дальнейший прогресс связан с созданием p–n -перехода на границе разных по химическому составу полупроводников (гетероструктурах ).

В связи с этим сразу после появления первой работы, в которой была описана работа полупроводникового лазера на гомоструктуре в арсениде галлия, Ж.И.Алфёров выдвинул идею использования гетероструктур. Поданная заявка на выдачу авторского свидетельства на это изобретение по законам того времени была засекречена. Лишь после публикации аналогичной идеи Г.Крёмером в США гриф секретности был снижен до уровня «для служебного пользования», но авторское свидетельство было опубликовано лишь много лет спустя.

Лазеры на гомопереходах были неэффективны из-за высоких оптических и электрических потерь. Пороговые токи были очень высоки, а генерация осуществлялась только при низких температурах. В своей статье Г.Крёмер предложил использовать двойные гетероструктуры для пространственного ограничения носителей в активной области. Он предположил, что «с помощью пары гетеропереходных инжекторов лазерная генерация может быть осуществлена во многих непрямозонных полупроводниках и улучшена в прямозонных». В авторском свидетельстве Ж.И.Алфёрова также отмечалась возможность получения высокой плотности инжектированных носителей и инверсной заселённости с помощью «двойной» инжекции. Указывалось, что лазеры на гомопереходах могут обеспечить «непрерывный режим генерации при высоких температурах», к тому же возможно «увеличение излучающей поверхности и использование новых материалов для получения излучения в различных областях спектра».

Первоначально теория развивалась существенно быстрее, чем практическая реализация устройств. В 1966 г. Ж.И.Алфёров сформулировал общие принципы управления электронными и световыми потоками в гетероструктурах. Чтобы избежать засекречивания, в названии статьи были упомянуты лишь выпрямители, хотя эти же принципы были применимы и к полупроводниковым лазерам. Он предсказал, что плотность инжектированных носителей может быть на много порядков выше (эффект «суперинжекции»).

Идея использования гетероперехода была выдвинута на заре развития электроники. Уже в первом патенте, связанном с транзисторами на p–n -переходе, В.Шокли предложил для получения односторонней инжекции использовать широкозонный эмиттер. Важные теоретические результаты на ранней стадии исследования гетероструктур были получены Г.Крёмером, который ввёл понятия квазиэлектрических и квазимагнитных полей в плавном гетеропереходе и предположил чрезвычайно высокую эффективность инжекции гетеропереходов по сравнению с гомопереходами. Тогда же появились различные предложения по использованию гетеропереходов в солнечных батареях.

Итак, реализация гетероперехода открывала возможность создания более эффективных приборов для электроники и уменьшения размеров устройств буквально до атомных масштабов. Однако заниматься гетеропереходами Ж.И.Алфёрова отговаривали многие, в том числе и В.М.Тучкевич, неоднократно вспоминавший впоследствии об этом в речах и тостах, подчёркивая смелость Жореса Ивановича и дар предвидеть пути развития пауки. В то время существовал всеобщий скептицизм по поводу создания «идеального» гетероперехода, тем более с теоретически предсказываемыми инжекционными свойствами. И в пионерских работа Р.Л.Андерсена по исследованию эпитаксиального ( [таксис] означает расположение в порядке, построение ) перехода Ge–GaAs с совпадающими постоянными кристаллической решётки отсутствовали доказательства инжекции неравновесных носителей в гетероструктурах.

Максимальный эффект ожидался при использовании гетеропереходов между полупроводником, служащим активной областью прибора, и более широкозонным полупроводником. В качестве наиболее перспективных в то время рассматривались системы GaP–GaAs и AlAs–GaAs. Для «совместимости» эти материалы в первую очередь должны были удовлетворять самому важному условию: иметь близкие значения постоянной кристаллической решётки.

Дело в том, что многочисленные попытки реализовать гетеропереход были безуспешными: ведь не только размеры элементарных ячеек кристаллических решёток полупроводников, составляющих переход, должны практически совпадать, но и их тепловые, электрические, кристаллохимические свойства должны быть близкими, как и их кристаллические и зонные структуры.

Такую гетеропару найти не удавалось. И вот за это, казалось бы, безнадёжное дело взялся Ж.И.Алфёров. Нужный гетеропереход, как оказалось, можно было формировать путём эпитаксиального выращивания, когда один монокристалл (вернее, его монокристаллическая плёнка) наращивался на поверхности другого монористалла буквально послойно – один монокристаллический слой за другим. К нашему времени разработано много методов такого выращивания. Это и есть те самые высокие технологии, которые обеспечивают не только процветание электронных фирм, но и безбедное существование целых стран.

Б.П.Захарченя вспоминал, что маленькая рабочая комната Ж.И.Алфёрова вся была завалена рулонами миллиметровой бумаги, на которой неутомимый Жорес Иванович с утра до вечера чертил диаграммы состав–свойство многофазных полупроводниковых соединений в поисках сопрягающихся кристаллических решёток. Для идеального гетероперехода подходили арсенид галлия (GaAs) и арсенид алюминия (AlAs), но последний мгновенно окислялся на воздухе, и о его использовании, казалось, не могло быть и речи. Однако природа щедра на неожиданные подарки, нужно лишь подобрать ключи к её кладовым, а не заниматься грубым взломом, к которому призывал лозунг «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у неё – наша задача». Такие ключи уже были подобраны замечательным специалистом по химии полупроводников, физтеховской сотрудницей Ниной Александровной Горюновой, подарившей миру знаменитые соединения A III B V . Занималась она и более сложными тройными соединениями. Жорес Иванович всегда с огромным пиететом относился к таланту Нины Александровны и сразу понял её выдающуюся роль в науке.

Первоначально была предпринята попытка создать двойную гетероструктуру GaP 0,15 As 0,85 –GaAs. И она была выращена методом газофазной эпитаксии, а на ней был сформирован лазер. Однако из-за небольшого несоответствия постоянных решётки он, как и лазеры на гомопереходах, мог работать только при температуре жидкого азота. Ж.И.Алфёрову стало ясно, что таким путём реализовать потенциальные преимущества двойных гетероструктур не удастся.

Непосредственно с Жоресом Ивановичем работал один из учеников Горюновой, Дмитрий Третьяков, талантливый учёный с богемной душой в её неповторимой российской версии. Автор сотен работ, воспитавший многих кандидатов и докторов наук, лауреат Ленинской премии – высшего в то время знака признания творческих заслуг, – не защищал никакой диссертации. Он сообщил Жоресу Ивановичу, что неустойчивый сам по себе арсенид алюминия абсолютно устойчив в тройном соединении AlGaAs, так называемом твёрдом растворе . Свидетельством этому были давно выращенные путём охлаждения из расплава Александром Борщевским, тоже учеником Н.А.Горюновой, кристаллы этого твёрдого раствора, хранившиеся у него в столе уже несколько лет. Примерно так в 1967 г. была найдена ставшая теперь классической в мире микроэлектроники гетеропара GaAs–AlGaAs.

Изучение фазовых диаграмм, кинетики роста в этой системе, а также создание модифицированного метода жидкофазной эпитаксии, пригодного для выращивания гетероструктур, вскоре привели к созданию гетероструктуры, согласованной по параметру кристаллической решётки. Ж.И.Алфёров вспоминал: «Когда мы опубликовали первую работу на эту тему, мы были счастливы считать себя первыми, кто обнаружил уникальную, фактически идеальную, решёточно-согласованную систему для GaAs». Однако почти одновременно (с отставанием на месяц!) и независимо гетероструктура Al x Ga 1–x As–GaAs была получена в США сотрудниками фирмы IBM .

С этого момента реализация главных преимуществ гетероструктур пошла стремительно. Прежде всего экспериментально были подтверждены уникальные инжекционные свойства широкозонных эмиттеров и эффект суперинжекции, продемонстрировано стимулированное излучение в двойных гетероструктурах, установлена зонная структура гетероперехода Al x Ga 1–x As, тщательно изучены люминесцентные свойства и диффузия носителей в плавном гетеропереходе, а также чрезвычайно интересные особенности протекания тока через гетеропереход, например, диагональные туннельно-рекомбинационные переходы непосредственно между дырками из узкозонной и электронами из широкозонной составляющих гетероперехода.

В то же время основные преимущества гетероструктур были реализованы группой Ж.И.Алфёрова:

– в низкопороговых лазерах на двойных гетероструктурах, работающих при комнатной температуре;

– в высокоэффективных светодиодах на одинарной и двойной гетероструктурах;

– в солнечных элементах на гетероструктурах;

– в биполярных транзисторах на гетероструктурах;

– в тиристорных p–n–p–n гетероструктурах.

Если возможность управления типом проводимости полупроводника с помощью легирования различными примесями и идея инжекции неравновесных носителей заряда были теми семенами, из которых выросла полупроводниковая электроника, то гетероструктуры давали возможность решить значительно более общую проблему управления фундаментальными параметрами полупроводниковых кристаллов и приборов, такими, как ширина запрещённой зоны, эффективные массы носителей заряда и их подвижности, показатель преломления, электронный энергетический спектр и т.д.

Идея полупроводниковых лазеров на p–n -переходе, экспериментальное наблюдение эффективной излучательной рекомбинации в p–n -структуре на основе GaAs с возможностью стимулированного излучения и создание лазеров и светоизлучающих диодов на p–n -переходах были теми зёрнами, из которых начала расти полупроводниковая оптоэлектроника.

В 1967 г. Жорес Иванович был избран заведующим сектором ФТИ. Тогда же он впервые побывал в короткой научной командировке в Англии, где обсуждались лишь теоретические аспекты физики гетероструктур, поскольку английские коллеги считали экспериментальные исследования неперспективными. Хотя в великолепно оборудованных лабораториях имелись все возможности для экспериментальных исследований, англичане даже не задумывались о том, что они могут сделать. Жорес Иванович со спокойной совестью тратил время для ознакомления с архитектурными и художественниками памятниками в Лондоне. Нельзя было вернуться и без свадебных подарков, поэтому пришлось посетить «музеи материальной культуры» – роскошные по сравнению с советскими западные магазины.

Невестой была Тамара Дарская, дочь актёра Воронежского театра музыкальной комедии Георгия Дарского. Она работала в Химках под Москвой в космической фирме академика В.П.Глушко. Свадьба состоялась в ресторане «Крыша» в гостинице «Европейская» – в то время это было вполне по карману кандидату наук. Семейный бюджет позволял и еженедельные полёты по маршруту Ленинград–Москва и обратно (даже студент на стипендию мог раз-другой в месяц слетать на самолёте Ту-104, поскольку билет стоил всего 11 рублей при тогдашнем официальном курсе 65 копеек за доллар). Через полгода супруги всё-таки решили, что Тамаре Георгиевне лучше переехать в Ленинград.

И уже в 1968 г. на одном из этажей «полимерного» корпуса Физтеха, где в эти годы располагалась лаборатория В.М.Тучкевича, «загенерил» первый в мире гетеролазер. После этого Ж.И.Алфёров сказал Б.П.Захарчене: «Боря, я гетеропереходирую всю полупроводниковую микроэлектронику!» В 1968–1969 гг. группой Ж.И.Алфёрова были практически реализованы все основные идеи управления электронными и световыми потоками в классических гетероструктурах на основе системы GaAs–AlAs и показаны преимущества гетероструктур в полупроводниковых приборах (лазерах, светодиодах, солнечных батареях и транзисторах). Важнейшим было, конечно, создание низкопороговых, работающих при комнатной температуре лазеров на двойной гетероструктуре, предложенной Ж.И.Алфёровым ещё в 1963 г. Американские конкуренты (М.Б.Паниш и И.Хаяши из Bell Telephone , Г.Крессель из RCA ), знавшие о потенциальных преимуществах двойных гетероструктур, не отважились на их реализацию и использовали в лазерах гомоструктуры. С 1968 г. реально началось очень жёсткое соревнование, прежде всего с тремя лабораториями известных американских фирм: Bell Telephone , IBM и RCA .

Доклад Ж.И.Алфёрова на Международной конференции по люминесценции в Ньюарке (США) в августе 1969 г., в котором приводились параметры низкопороговых, работающих при комнатной температуре лазеров на двойных гетероструктурах, произвёл на американских коллег впечатление разорвавшейся бомбы. Профессор Я.Панков из RCA, только что, за полчаса до доклада, сообщивший Жоресу Ивановичу, что, к сожалению, для его визита на фирму нет разрешения, сразу после доклада обнаружил, что оно получено. Ж.И.Алфёров не отказал себе в удовольствии ответить, что теперь у него нет времени, поскольку IBM и Bell Telephone уже пригласили посетить их лаборатории ещё до доклада. После этого, как писал И.Хаяши, в Bell Telephone удвоили усилия по разработке лазеров на двойных гетероструктурах.

Семинар в Bell Telephone , осмотр лабораторий и дискуссия (а американские коллеги явно не скрывали, в расчёте на взаимность, технологические детали, конструкции и приспособления) довольно чётко показали достоинства и недочёты разработок ЛФТИ. Наступившее вскоре соперничество за достижение непрерывного режима работы лазеров при комнатной температуре было редким в то время примером открытого соревнования лабораторий из двух антагонистических великих держав. Ж.И.Алфёров с сотрудниками выиграли это соревнование, опередив на месяц группу М.Паниша из Bell Telephone !

В 1970 г. Ж.И.Алфёров и его сотрудники Ефим Портной, Дмитрий Третьяков, Дмитрий Гарбузов, Вячеслав Андреев, Владимир Корольков создали первый полупроводниковый гетеролазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре. Независимо о непрерывном режиме лазерной генерации в лазерах на двойных гетероструктурах (с алмазным теплоотводом) Ицуо Хаяши и Мортон Паниш сообщили в статье, направленной в печать лишь на месяц позже. Непрерывный режим лазерной генерации в Физтехе был реализован в лазерах с полосковой геометрией, для создания которых использовалась фотолитография, при этом лазеры устанавливались на медных теплоотводах, покрытых серебром. Самая низкая плотность порогового тока при комнатной температуре составляла 940 А/см 2 для широких лазеров и 2,7 кА/см 2 для полосковых. Реализация такого режима генерации вызвала взрыв интереса. В начале 1971 г. многие университеты и промышленные лаборатории в США, СССР, Великобритании, Японии, Бразилии и Польше начали исследование гетероструктур и приборов на их основе.

Большой вклад в понимание электронных процессов в гетеролазерах внёс теоретик Рудольф Казаринов. Время генерации первого лазера было коротким. Жорес Иванович признавался, что его хватило ровно на столько, чтобы измерить параметры, необходимые для статьи. Продление срока службы лазеров было делом довольно трудным, но оно было успешно решено усилиями физиков и технологов. Теперь обладатели плееров с компакт-дисками в большинстве своём не подозревают, что звуковая и видеоинформация считывается полупроводниковым гетеролазером. Такие лазеры используются во многих оптоэлектронных устройствах, но в первую очередь – в устройствах волоконно-оптической связи и различных телекоммуникационных систем. Нашу жизнь трудно представить без гетероструктурных светодиодов и биполярных транзисторов, без малошумящих транзисторов с высокой подвижностью электронов для высокочастотных применений, включая, в частности, системы спутникового телевидения. Вслед за лазером на гетеропереходах были созданы многие другие приборы, вплоть до преобразователей солнечной энергии.

Значение получения непрерывного режима работы лазеров на двойных гетеропереходах при комнатной температуре прежде всего связано с тем, что в это же время было создано оптическое волокно с малыми потерями. Это привело к рождению и бурному развитию волоконно-оптических систем связи. В 1971 г. эти работы были отмечены присуждением Ж.И.Алфёрову первой международной награды – золотой медали Баллантайна Франклиновского института в США. Особая ценность этой медали, как отмечал Жорес Иванович, заключается в том, что Франклиновский институт в Филадельфии присуждал медали и другим советским учёным: в 1944 г. академику П.Л.Капице, в 1974 г. академику Н.Н.Боголюбову, а в 1981 г. академику А.Д.Сахарову. Попасть в такую компанию – большая честь.

Присуждение Жоресу Ивановичу медали Баллантайна имеет предысторию, связанную с его другом. Одним из первых физтеховцев в 1963 г. в США попал Б.П.Захарченя. Он облетел почти всю Америку, встретился с такими светилами, как Ричард Фейнман, Карл Андерсон, Лео Сциллард, Джон Бардин, Уильям Фэрбэнк, Артур Шавлов. В Иллинойсском университете Б.П.Захарченя познакомился с Ником Холоньяком, создателем первого эффективного светодиода на арсениде-фосфиде галлия, излучающего свет в видимой области спектра. Ник Холоньяк – один из крупнейших американских учёных, ученик Джона Бардина, единственного в мире дважды лауреата Нобелевской премии по одной специальности (физике). Недавно он получил премию как один из основателей нового направления в науке и технике – оптоэлектроники.

Ник Холоньяк родился в США, куда ещё до Октябрьской революции эмигрировал из Галиции его отец, простой шахтёр. Он блистательно окончил Иллинойсский университет, и его имя золотой прописью занесено на специальную «Доску почёта» этого университета. Б.П.Захарченя вспоминал: «Белоснежная рубашка, галстук-бабочка, короткая стрижка по моде 60-х годов и, наконец, спортивная фигура (он поднимал штангу) делали его типичным американцем. Это впечатление ещё более укреплялось, когда Ник говорил на своём родном американском языке. Но вдруг он переходил на язык своего отца, и от американского джентльмена ничего не оставалось. Это был не русский язык, но удивительная смесь русского с русинским (близким к украинскому), сдобренная солёными шахтёрскими шуточками и крепкими крестьянскими выражениями, усвоенными от родителей. При этом профессор Холоньяк очень заразительно смеялся, на глазах превращаясь в озорного русинского парня».

В том далёком 1963 г., показывая Б.П.Захарчене под микроскопом миниатюрный светодиод, ярко сиявший зелёным, профессор Холоньяк говорил: «Подивись, Борис, на мое свитло. Нэкс тайм скажи там у вашем институте, может, кто захоче приихати сюда до Иллинойссу из ваших хлопцев. Я буду учить его робыть таки свитла».

Слева направо: Ж.И.Алфёров, Джон Бардин, В.М.Тучкевич, Ник Холоньяк (Иллинойсский университет, Урбана, 1974 г.)

Через семь лет в лабораторию к Нику Холоньяку приехал Жорес Алфёров (будучи уже знакомым с ним, – в 1967 г. Холоньяк посещал лабораторию Алфёрова в физтехе). Жорес Иванович не был тем «хлопцем», которому нужно учиться «робытъ свитла». Сам мог научить. Его приезд был очень удачным: Франклиновский институт в это время как раз присуждал очередную медаль Баллантайна за лучшие работы по физике. Лазеры были в моде, а новый гетеролазер, сулящий огромные практические перспективы, привлёк особое внимание. Конкуренты были, но публикации группы Алфёрова были первыми. Поддержка работ советских физиков такими авторитетами, как Джон Бардин и Ник Холоньяк, наверняка повлияла на решение комиссии. Очень важно в любом деле оказаться в нужном месте и в нужное время. Не окажись тогда Жорес Иванович в Штатах, не исключено, что эта медаль досталась бы конкурентам, хотя первым-то был он. Известно, что «чины людьми даются, а люди могут обмануться». В эту историю было вовлечено много американских учёных, для которых доклады Алфёрова о первом лазере на двойной гетероструктуре были полной неожиданностью.

Алфёров и Холоньяк стали близкими друзьями. В процессе разнообразных контактов (визиты, письма, семинары, телефонные разговоры), играющих важную роль в работе и жизни каждого, они регулярно обсуждают проблемы физики полупроводников и электроники, а также жизненные аспекты.

Практически казавшаяся счастливым исключением гетероструктура Al x Ga 1–x As была в дальнейшем бесконечно расширена многокомпонентными твёрдыми растворами – сначала теоретически, затем экспериментально (самый яркий пример – InGaAsP).

Космическая станция «Мир» с солнечными батареями на основе гетероструктур

Одним из первых опытов успешного применения гетероструктур в нашей стране стало использование солнечных батарей в космических исследованиях. Солнечные батареи на основе гетероструктур были созданы Ж.И.Алфёровым и сотрудниками ещё в 1970 г. Технология была передана в НПО «Квант», и солнечные элементы на основе GaAlAs устанавливались на многих отечественных спутниках. Когда американцы опубликовали свои первые работы, советские солнечные батареи уже летали на спутниках. Было развёрнуто их промышленное производство, а их 15-летняя эксплуатация на станции «Мир» блестяще доказала преимущества этих структур в космосе. И хотя прогноз резкого снижения стоимости одного ватта электрической мощности на основе полупроводниковых солнечных батарей пока не оправдался, в космосе самым эффективным источником энергии доныне безусловно являются солнечные батареи на гетероструктуpax соединений A III B V .

Препятствий на пути Жореса Алфёрова хватало. Как водится, нашим спецслужбам 70-х гг. не нравились его многочисленные заграничные премии, и его пытались не пускать за границу на международные научные конференции. Появились завистники, пытавшиеся перехватить дело и оттереть Жореса Ивановича от славы и средств, необходимых для продолжения и совершенствования эксперимента. Но его предприимчивость, молниеносная реакция и ясный ум помогали преодолевать все эти препятствия. Сопутствовала и «госпожа Удача».

1972 г. был особенно счастливым. Ж.И.Алфёрову и его ученикам-коллегам В.М.Андрееву, Д.З.Гарбузову, В.И.Королькову и Д.Н.Третьякову была присуждена Ленинская премия. К сожалению, в силу сугубо формальных обстоятельств и министерских игр этой вполне заслуженной награды были лишены Р.Ф.Казаринов и Е.Л.Портной. В том же году Ж.И.Алфёров был избран в Академию наук СССР.

В день присуждения Ленинской премии Ж.И.Алфёров был в Москве и позвонил домой, чтобы сообщить об этом радостном событии, но телефон не отвечал. Он позвонил родителям (с 1963 г. они жили в Ленинграде) и радостно сообщил отцу, что его сын – лауреат Ленинской премии, а в ответ услышал: «Что твоя Ленинская премия? У нас внук родился!» Рождение Вани Алфёрова было, безусловно, самой большой радостью 1972 г.

Дальнейшее развитие полупроводниковых лазеров было связано также с созданием лазера с распределённой обратной связью, предложенного Ж.И.Алфёровым в 1971 г. и реализованного несколько лет спустя в ФТИ.

Идея стимулированного излучения в сверхрешётках, высказанная в это же время Р.Ф.Казариновым и Р.А.Сурисом, была реализована четверть века спустя в Bell Telephone . Исследования сверхрешёток, начатые Ж.И.Алфёровым и соавторами в 1970 г., к сожалению, бурно развивались только на Западе. Работы по квантовым ямам и короткопериодным сверхрешёткам в короткое время привели к рождению новой области квантовой физики твёрдого тела – физике низкоразмерных электронных систем. Апогеем этих работ в настоящее время являются исследования нуль-мерных структур – квантовых точек. Получили широкое признание работы в этом направлении, проводимые учениками Ж.И.Алфёрова уже второго и третьего поколений: П.С.Копьёвым, Н.Н.Леденцовым, В.М.Устиновым, С.В.Ивановым. Н.Н.Леденцов стал самым молодым членом-корреспондентом Российской академии наук.

Полупроводниковыми гетероструктурами, в особенности двойными, включая квантовые ямы, проволоки и точки, сейчас занимаются две трети исследовательских групп, работающих в области физики полупроводников.

В 1987 г. Ж.И.Алфёров был избран директором ФТИ, в 1989 г. – председателем президиума Ленинградского научного центра АН СССР, а в апреле 1990 г. – вице-президентом Академии наук СССР. Впоследствии на эти посты он был переизбран уже в Российской академии наук.

Главным для Ж.И.Алфёрова в последние годы было сохранение Академии наук как высшей и уникальной научной и образовательной структуры России. Её хотели уничтожить в 20-е гг. как «наследие тоталитарного царского режима», а в 90-е гг. – как «наследие тоталитарного советского режима». Для её сохранения Ж.И.Алфёров согласился пойти депутатом в Государственную думу последних трёх созывов. Он писал: «Ради этого великого дела мы шли иногда на компромиссы с властью, но не с совестью. Всё, что создало человечество, оно создало благодаря науке. И если уж суждено нашей стране быть великой державой, то она ею будет не благодаря ядерному оружию или западным инвестициям, не благодаря вере в Бога или в президента, а благодаря труду её народа, вере в знание, в науку, благодаря сохранению и развитию научного потенциала и образования». Телевизионные трансляции заседаний Государственной думы неоднократно свидетельствовали о недюжинном общественно-политическом темпераменте и горячей заинтересованности Ж.И.Алфёрова в процветании страны в целом и науки в частности.

Среди других научных наград Ж.И.Алфёрова отметим Хьюлет-Паккардовскую премию Европейского физического общества, Государственную премию СССР, медаль Велькера; премию Карпинского, учреждённую в ФРГ. Ж.И.Алфёров – действительный член Российской академии наук, иностранный член Национальной инженерной академии и Академии наук США, член многих других зарубежных академий.

Будучи вице-президентом Академии наук и депутатом Государственной думы, Ж.И.Алфёров не забывает, что как учёный он вырос в стенах знаменитого Физико-технического института, основанного в Петрограде в 1918 г. выдающимся российским физиком и организатором науки Абрамом Фёдоровичем Иоффе. Этот институт дал физической науке яркое созвездие всемирно известных учёных. Именно в Физтехе Н.Н.Семёновым были проведены исследования цепных реакций, удостоенные впоследствии Нобелевской премии. Здесь работали выдающиеся физики И.В.Курчатов, А.П.Александров, Ю.Б.Харитон и Б.П.Константинов, вклад которых в решение атомной проблемы в нашей стране невозможно переоценить. В Физтехе начинали свою научную деятельность талантливейшие экспериментаторы – нобелевский лауреат П.Л.Капица и Г.В.Курдюмов, физики-теоретики редчайшего дарования – Г.А.Годов, Я.Б.Зельдович и нобелевский лауреат Л.Д.Ландау. Название института всегда будет ассоциироваться с именами одного из основателей современной теории конденсированного состояния Я.И.Френкеля, блестящих экспериментаторов Е.Ф.Гросса и В.М.Тучкевича (на протяжении многих лет возглавлявшего институт).

Ж.И.Алфёров по мере сил содействует развитию Физтеха. При ФТИ была открыта Физико-техническая школа и продолжен процесс создания на базе института специализированных учебных кафедр. (Первая кафедра такого рода – кафедра оптоэлектроники – была создана в ЛЭТИ ещё в 1973 г.) На основе уже существующей и вновь организованных базовых кафедр в Политехническом институте в 1988 г. был создан физико-технический факультет. Развитие академической системы образования в Санкт-Петербурге выразилось в создании медицинского факультета в Университете и комплексного Научно-образовательного центра ФТИ, объединившего школьников, студентов и учёных в одном прекрасном здании, которое можно с полным правом назвать Дворцом знаний. Используя возможности Государственной думы для широкого общения с влиятельными людьми, Ж.И.Алфёров «выбивал» деньги на создание Научно-образовательного центра из каждого премьер-министра (а они так часто меняются). Первый, наиболее существенный взнос сделал В.С.Черномырдин. Теперь огромное здание этого центра, построенного турецкими рабочими, красуется недалеко от Физтеха, наглядно показывая, на что способен предприимчивый человек, одержимый благородной идеей.

С детства Жорес Иванович приучен к выступлениям перед широкой аудиторией. Б.П.Захарченя вспоминает его рассказы о шумном успехе, который он снискал, читая с эстрады чуть ли не в дошкольном возрасте рассказ М.Зощенко «Аристократка»: «Я, братцы мои, не люблю баб, которые в шляпках. Ежели баба в шляпке, ежели чулочки на ней фильдекосовые...»

Десятилетним мальчиком Жорес Алфёров прочитал замечательную книгу Вениамина Каверина «Два капитана» и всю последующую жизнь следует принципу её главного героя Сани Григорьева: «Бороться и искать, найти и не сдаваться!»

Кто он – «вольный» или «свободный»?

Шведский король вручает Ж.И.Алфёрову Нобелевскую премию

Составил
В.В.РАНДОШКИН

по материалам:

Алфёров Ж.И. Физика и жизнь. – СПб.: Наука, 2000.

Алфёров Ж.И. Двойные гетероструктуры: Концепция и применения в физике, электронике и технологии. – Успехи физических наук, 2002, т. 172, № 9.

Наука и человечество. Международный ежегодник. – М., 1976.

Жорес Алфёров. Фото: РИА Новости / Игорь Самойлов

В понедельник, 14 ноября, в Санкт-Петербурге ректор петербургского Академического университета Жорес Алфёров . Его состояние не вызывает опасений у врачей.

Жорес Алфёров — российский лауреат Нобелевской премии по физике. Премию он получил в 2000 году за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов.

АиФ.ru приводит биографию Жореса Алфёрова.

Досье

В декабре 1952 года окончил Ленинградский государственный электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина).

Годы учебы Ж.И. Алфёрова в ЛЭТИ совпали с началом студенческого строительного движения. В 1949 г. он в составе студенческого отряда участвовал в строительстве Красноборской ГЭС, одной из первых сельских электростанций Ленинградской области.

Ещё в студенческие годы Ж. И. Алфёров начал свой путь в науке. Под руководством доцента кафедры основ электровакуумной техники Наталии Николаевны Созиной он занимался исследованиями полупроводниковых плёночных фотоэлементов. Его доклад на институтской конференции студенческого научного общества (СНО) в 1952 г. был признан лучшим, за него физик получил первую в своей жизни научную премию: поездку на строительство Волго-Донского канала. Несколько лет он являлся председателем СНО факультета электронной техники.

После окончания ЛЭТИ Алфёров был направлен на работу в Ленинградский физико-технический институт, где стал работать в лаборатории В. М. Тучкевича . Здесь при участии Ж. И. Алфёрова были разработаны первые советские транзисторы.

В январе 1953 поступил в ФТИ им. А. Ф. Иоффе, где защитил кандидатскую (1961) и докторскую (1970) диссертации.

В начале 60-х годов Алфёров начал заниматься проблемой гетеропереходов. Открытие им идеальных гетеропереходов и новых физических явлений — «сверхинжекции», электронного и оптического ограничения в гетероструктурах — позволило кардинально улучшить параметры большинства известных полупроводниковых приборов и создать принципиально новые, особенно перспективные для применения в оптической и квантовой электронике.

Благодаря исследованиям Ж. И. Алфёрова фактически создано новое направление: гетеропереходы в полупроводниках.

Своими открытиями учёный заложил основы современной информационной техники, в основном через разработку быстрых транзисторов и лазеров. Созданные на базе исследований Алфёрова приборы и устройства буквально произвели научную и социальную революцию. Это лазеры, передающие информационные потоки посредством оптоволоконных сетей интернета, это технологии, лежащие в основе мобильных телефонов, устройства, декорирующие товарные ярлыки, запись и воспроизведение информации на CD-дисках и многое другое.

Под научным руководством Алфёрова были выполнены исследования солнечных элементов на основе гетероструктур, что привело к созданию фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения в электрическую энергию, коэффициент полезного действия которых приблизился к теоретическому пределу. Они оказались незаменимыми для энергообеспечения космических станций, а в настоящее время рассматриваются как один из основных альтернативных источников энергии взамен убывающим запасам нефти и газа.

Благодаря фундаментальным работам Алфёрова были созданы светодиоды на гетероструктурах. Светодиоды белого света благодаря своей высокой надёжности и эффективности рассматриваются как источники освещения нового типа и в ближайшем будущем заменят традиционные лампы накаливания, что будет сопровождаться гигантской экономией электроэнергии.

С начала 1990-х годов Алфёров занимался исследованием свойств наноструктур пониженной размерности: квантовых проволок и квантовых точек.

В 2003 году Алфёров оставил пост руководителя ФТИ им. А. Ф. Иоффе и до 2006 года занимал пост председателя учёного совета института. Однако Алфёров сохранил влияние на ряд научных структур, среди которых: ФТИ им. А. Ф. Иоффе, НТЦ « Центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур» , научно-образовательный комплекс (НОК) Физико-технического института и физико-технический лицей.

С 1988 г. (с момента основания) — декан физико-технического факультета СПбГПУ.

В 1990-1991 годах — вице-президент АН СССР, председатель Президиума Ленинградского научного центра.

10 октября 2000 года стало известно, что Жорес Алфёров стал лауреатом Нобелевской премии по физике за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники. Саму премию он разделил с двумя другими физиками: Гербертом Крёмером и Джеком Килби .

С 2003 года — председатель Научно-образовательного комплекса «Санкт-Петербургский физико-технический научно-образовательный центр» РАН. Академик АН СССР (1979), затем РАН, почётный академик Российской академии образования. Вице-президент РАН, председатель президиума Санкт-Петербургского научного центра РАН.

Являлся инициатором учреждения в 2002 году премии «Глобальная энергия», до 2006 года возглавлял Международный комитет по её присуждению.

5 апреля 2010 года объявлено о том, что Алфёров назначен научным руководителем инновационного центра в Сколково.

С 2010 года — сопредседатель Консультативного научного Совета Фонда «Сколково».

В 2013 году баллотировался на пост президента РАН. Получив 345 голосов, занял второе место.

Автор более 500 научных работ, в том числе 4 монографий, более 50 изобретений. Среди его учеников более сорока кандидатов и десяти докторов наук. Наиболее известные представители школы: чл.-корреспонденты РАН Д. З. Гарбузов и Н. Н. Леденцов, доктора физ.-мат. наук: В. М. Андреев, В. И. Корольков, С. Г. Конников, С. А. Гуревич, Ю. В. Жиляев, П. С. Копьев и др.

О проблемах современной науки

Обсуждая с корреспондентом газеты «Аргументы и факты» проблемы современной российской науки, заметил: «Отставание в науке — не следствие какой-либо слабости русских учёных или проявления национальной черты, а результат дурацкого реформирования страны».

После начавшейся в 2013 году реформы РАН Алфёров неоднократно высказывал отрицательное отношение к данному законопроекту. В обращении учёного к Президенту РФ говорилось:

«После жесточайших реформ 1990-х годов, многое утратив, РАН тем не менее сохранила свой научный потенциал гораздо лучше, чем отраслевая наука и вузы. Противопоставление академической и вузовской науки совершенно противоестественно и может проводиться только людьми, преследующими свои очень странные политические цели, весьма далёкие от интересов страны. Закон о реорганизации РАН и других государственных академий наук отнюдь не решает задачу повышения эффективности научных исследований».

Политическая и общественная деятельность

1944 — член ВЛКСМ.

1965 — член КПСС.

1989-1992 — народный депутат СССР.

1995-1999 — депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 2 созыва от движения «Наш дом — Россия» (НДР), председатель подкомитета по науке Комитета по науке и образованию Госдумы, член фракции НДР, с 1998 — член депутатской группы « Народовластие» .

1999-2003 — депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 3 созыва от КПРФ, член фракции КПРФ, член Комитета по образованию и науке.

2003-2007 — депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 4 созыва от КПРФ, член фракции КПРФ, член Комитета по образованию и науке.

2007-2011 — депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 5 созыва от КПРФ, член фракции КПРФ, член Комитета Государственной Думы по науке и наукоёмким технологиям. Старейший депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 5 созыва.

2012-2016 — депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 6 созыва от КПРФ, член Комитета Государственной Думы по науке и наукоёмким технологиям.

С 2016 года — депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 7 созыва от КПРФ. Старейший депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ 7 созыва.

Член редакционного совета радиогазеты «Слово».

Председатель Редакционной коллегии журнала «Нанотехнологии. Экология. Производство».

Учредил Фонд поддержки образования и науки для помощи талантливой учащейся молодёжи, содействия её профессиональному росту, поощрения творческой активности в проведении научных исследований в приоритетных областях науки. Первый вклад в Фонд был сделан Жоресом Алфёровым из средств Нобелевской премии.

В 2016 году подписал письмо с призывом к Greenpeace, Организации Объединённых Наций и правительствам всего мира прекратить борьбу с генетически модифицированными организмами (ГМО).

Награды и звания

Труды Ж. И. Алфёрова отмечены Нобелевской премией, Ленинской и Государственными премиями СССР и России, премией им. А. П. Карпинского (ФРГ), Демидовской премией, премией им. А. Ф. Иоффе и золотой медалью А. С. Попова (РАН), Хьюлетт-Паккардовской премией Европейского физического общества, медалью Стюарта Баллантайна Франклинского института (США), премией Киото (Япония), многими орденами и медалями СССР, России и зарубежных стран.

Жорес Иванович избран пожизненным членом института Б. Франклина и иностранным членом Национальной академии наук и Национальной инженерной академии США, иностранным членом академий наук Беларуси, Украины, Польши, Болгарии и многих других стран. Он является почётным гражданином Санкт-Петербурга, Минска, Витебска и других городов России и зарубежья. Почётным доктором и профессором его избрали учёные советы многих университетов России, Японии, Китая, Швеции, Финляндии, Франции и других стран.

Астероид (№ 3884) Alferov, открытый 13 марта 1977 года Н. С. Черных в Крымской астрофизической обсерватории был назван в честь учёного 22 февраля 1997 года.

В марте этого года академику Жоресу Ивановичу Алфёрову, нобелевскому лауреату и члену редколлегии журнала «Экология и жизнь», исполнилось 80 лет. А в апреле пришло известие о том, что Жореса Ивановича назначают научным руководителем инновационного проекта «Сколково». Этот важный проект должен, по сути, создать прорыв в будущее, вдохнув новую жизнь в отечественную электронику, у истоков развития которой и стоял Ж. И. Алфёров.

В пользу того, что прорыв возможен, говорит история: когда в 1957 г. в СССР был запущен первый спутник, США оказались в положении аутсайдера. Однако американское правительство проявило бойцовский характер, были брошены такие ассигнования в технологию, что число исследователей быстро достигло миллиона! Буквально на следующий год (1958) один из них, Джон Килби, изобрел интегральную схему, заменившую печатную плату в обычных ЭВМ - и родилась микроэлектроника современных компьютеров. Эта история впоследствии получила название «эффект спутника».

Жорес Иванович очень внимательно относится к воспитанию будущих исследователей, недаром он основал НОЦ - учебный центр, где подготовка ведется со школьной скамьи. Поздравляя Жореса Ивановича с юбилеем, заглянем в прошлое и будущее электроники, где эффект спутника должен не раз проявиться вновь. Хочется надеяться, что и в будущем нашей страны, как когда-то в США, будет накоплена «критическая масса» подготовленных исследователей - для возникновения эффекта спутника.

«Технический» свет

Первым шагом к созданию микроэлектроники был транзистор. Пионерами транзисторной эры стали Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, которые в 1947 г. в «Bell Labs » впервые создали действующий биполярный транзистор. А второй компонентой полупроводниковой электроники стал прибор для прямого преобразования электричества в свет - это полупроводниковый оптоэлектронный преобразователь, к созданию которого Ж. И. Алфёров имел непосредственное отношение.

Задача прямого преобразования электричества в «технический» свет - когерентное квантовое излучение - оформилась как направление квантовой электроники, родившейся в 1953–1955 гг. По сути, ученые поставили и решили задачу получения совершенного нового вида света, которого раньше не было в природе. Это не тот свет, который льется непрерывным потоком при прохождении тока по вольфрамовой нити или приходит в течение дня от Солнца и состоит из случайной смеси волн разной длины, не согласованных по фазе. Другими словами, был создан свет строго «дозированный», полученный как набор из определенного числа квантов с заданной длиной волны и строго «построенный» - когерентный, т. е. упорядоченный, что означает одновременность (синфазость) излучения квантов.

Приоритет США по транзистору был определен огромной ношей Отечественной войны, навалившейся на нашу страну. На этой войне погиб старший брат Жореса Ивановича, Маркс Иванович.

Маркс Алфёров окончил школу 21 июня 1941 г. в Сясьстрое. Поступил в Уральский индустриальный институт на энергетический факультет, но проучился лишь несколько недель, а потом решил, что его долг - защищать Родину. Сталинград, Харьков, Курская дуга, тяжелое ранение в голову. В октябре 1943 г. он провел три дня с семьей в Свердловске, когда после госпиталя возвращался на фронт.

Три дня, проведенные с братом, его фронтовые рассказы и страстную юношескую веру в силу науки и инженерной мысли 13-летний Жорес запомнил на всю жизнь. Гвардии младший лейтенант Маркс Иванович Алфёров погиб в бою во «втором Сталинграде» - так называли тогда Корсунь-Шевченковскую операцию.

В 1956 г. Жорес Алфёров приехал на Украину, чтобы найти могилу брата. В Киеве, на улице, он неожиданно встретил своего сослуживца Б. П. Захарченю, ставшего впоследствии одним из ближайших его друзей. Договорились поехать вместе. Купили билеты на пароход и уже на следующий день плыли вниз по Днепру к Каневу в двухместной каюте. Нашли деревню Хильки, около которой советские солдаты, в числе которых был и Маркс Алфёров, отражали яростную попытку отборных немецких дивизий выйти из корсунь-шевченковского «котла». Нашли братскую могилу с белым гипсовым солдатом на постаменте, высящемся над буйно разросшейся травой, в которую были вкраплены простые цветы, какие обычно сажают на русских могилах: ноготки, анютины глазки, незабудки.

К 1956 г. Жорес Алфёров уже работал в Ленинградском физико-техническом институте, куда он мечтал попасть еще во время учебы. Большую роль в этом сыграла книга «Основные представления современной физики», написанная Абрамом Федоровичем Иоффе - патриархом отечественной физики, из школы которого вышли практически все физики, составившие впоследствии гордость отечественной физической школы: П. Л. Капица, Л. Д. Ландау, И. В. Курчатов, А. П. Александров, Ю. Б. Харитон и многие другие. Жорес Иванович много позже писал, что его счастливая жизнь в науке была предопределена его распределением в Физтех, впоследствии получивший имя Иоффе.

Систематические исследования полупроводников в Физико-техническом институте были начаты еще в 30-е годы прошлого века. В 1932 г. В. П. Жузе и Б. В. Курчатов исследовали собственную и примесную проводимость полупроводников. В том же году А. Ф. Иоффе и Я. И. Френкель создали теорию выпрямления тока на контакте металл-полупроводник, основанную на явлении туннелирования. В 1931 и 1936 г. Я. И. Френкель опубликовал свои знаменитые работы, в которых предсказал существование экситонов в полупроводниках, введя этот термин и разработав теорию экситонов. Теория выпрямляющего р–n-перехода, легшая в основу р–n-перехода В. Шокли, создавшего первый транзистор, была опубликована Б. И. Давыдовым, сотрудником Физтеха, в 1939 г. Нина Горюнова, аспирантка Иоффе, защитившая в 1950 г. диссертацию по интерметаллическим соединениям, открыла полупроводниковые свойства соединений 3-й и 5-й групп периодической системы (далее А 3 В 5). Именно она создала фундамент, на котором начались исследования гетероструктур этих элементов. (На Западе отцом полупроводников А 3 В 5 считается Г. Велькер.)

Самому Алфёрову поработать под руководством Иоффе не довелось - в декабре 1950 г., во время кампании по «борьбе с космополитизмом», Иоффе был снят с поста директора и выведен из состава Ученого совета института. В 1952 г. он возглавил лабораторию полупроводников, на базе которой в 1954 г. был организован Институт полупроводников АН СССР.

Заявку на изобретение полупроводникового лазера Алфёров подал совместно с теоретиком Р. И. Казариновым в разгар поисков полупроводникового лазера. Эти поиски шли с 1961 г., когда Н. Г. Басов, О. Н. Крохин и Ю. М. Попов сформулировали теоретические предпосылки его создания. В июле 1962 г. американцы определились с полупроводником для генерации - это был арсенид галлия, а в сентябре-октябре лазерный эффект получили сразу в трех лабораториях, первой оказалась группа Роберта Холла (24 сентября 1962 г.). И через пять месяцев после публикации Холла была подана заявка на изобретение Алфёрова и Казаринова, от которой ведется отсчет занятиям гетероструктурной микроэлектроникой в Физтехе.

Группа Алфёрова (Дмитрий Третьяков, Дмитрий Гарбузов, Ефим Портной, Владимир Корольков и Вячеслав Андреев) несколько лет билась над поиском подходящего для реализации материала, пытаясь изготовить его самостоятельно, но нашла подходящий сложный трехкомпонентный полупроводник почти случайно: в соседней лаборатории Н. А. Горюновой. Однако это была «неслучайная» случайность - поиск перспективных полупроводниковых соединений Нина Александровна Горюнова вела направленно, а в вышедшей в 1968 г. монографии сформулировала идею «периодической системы полупроводниковых соединений». Полупроводниковое соединение, созданное в ее лаборатории, обладало необходимой для генерации стабильностью, что определило успех «предприятия». Гетеролазер на этом материале был создан в канун 1969 г., а приоритетной датой на уровне обнаружения лазерного эффекта является 13 сентября 1967 г.

Новые материалы

На фоне развернувшейся с начала 60-х годов лазерной гонки почти незаметно возникли светодиоды, которые тоже производили свет заданного спектра, но не обладающий строгой когерентностью лазера. В результате сегодняшняя микроэлектроника включает такие основные функциональные приборы, как транзисторы и их конгломераты - интегральные микросхемы (тысячи транзисторов) и микропроцессоры (от десятков тысяч до десятков миллионов транзисторов), тогда как по сути отдельную ветвь микроэлектроники - оптоэлектронику - составили приборы, построенные на основе гетероструктур по созданию «технического» света - полупроводниковые лазеры и светодиоды. С использованием полупроводниковых лазеров связана новейшая история цифровой записи - от обычных CD-дисков до знаменитой сегодня технологии Blue Ray на нитриде галлия (GaN).

Светодиод, или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED - англ. Light-emitting diode ), - полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника.

Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 г. в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк. Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Поэтому в ход пошли такие материалы, как GaAs, InP, InAs, InSb, являющиеся прямозонными полупроводниками. В то же время многие полупроводниковые материалы типа А 3 В Е образуют между собой непрерывный ряд твердых растворов - тройных и более сложных (AI x Ga 1- x N и In x Ga 1- x N, GaAs x P 1- x , Ga x In 1- x P, Ga x In 1- x As y P 1- y и т. п.), на основе которых и сформировалось направление гетероструктурной микроэлектроники.

Наиболее известное применение светодиодов сегодня - замена ламп накаливания и дисплеев мобильных телефонов и навигаторов.

Общая идея дальнейшего развития «технического света» - создание новых материалов для светодиодной и лазерной техники. Эта задача неразрывна с проблемой получения материалов с определенными требованиями, предъявляемыми к электронной структуре полупроводника. И главным из этих требований является строение запрещенной зоны полупроводниковой матрицы, используемой для решения той или иной конкретной задачи. Активно ведутся исследования сочетаний материалов, которые позволяют достигать заданных требований к форме и размерам запрещенной зоны.

Составить представление о многосторонности этой работы можно, взглянув на график, по которому можно оценить многообразие «базовых» двойных соединений и возможности их сочетаний в композиционных гетероструктурах.

Принимаем тысячи солнц!

История технического света была бы неполна, если бы наряду с излучателями света не шла разработка его приемников. Если работы группы Алфёрова начались с поисков материала для излучателей, то сегодня один из членов этой группы, ближайший сотрудник Алфёрова и его давний друг профессор В. М. Андреев вплотную занимается работой, связанной с обратным превращением света, причем именно тем превращением, которое используется в солнечных элементах. Идеология гетероструктур как комплекса материалов с заданной шириной запрещенной зоны нашла активное применение и здесь. Дело в том, что солнечный свет состоит из большого количества световых волн различной частоты, в чем как раз и состоит проблема его полного использования, так как материала, который смог бы одинаково преобразовывать свет различной частоты в электрическую энергию, не существует. Получается, что любая кремниевая солнечная батарея преобразует не весь спектр солнечного излучения, а только его часть. Что делать? «Рецепт» обманчиво прост: изготовить слоеный пирог из различных материалов, каждый слой которого реагирует на свою частоту, но в то же время пропускает все остальные частоты без значимого ослабления.

Это дорогая структура, так как в ней должны быть не только переходы различной проводимости, на которые падает свет, но и множество вспомогательных слоев, например, для того чтобы получаемую ЭДС можно было снять для дальнейшего использования. По сути, «сэндвич»-сборка из нескольких электронных приборов. Использование ее оправдано более высоким КПД «сэндвичей», который эффективно использовать вкупе с солнечным концентратором (линзой или зеркалом). Если «сэндвич» позволяет поднять КПД по сравнению с кремниевым элементом, например, в 2 раза-с 17 до 34%, то за счет концентратора, увеличивающего плотность солнечного излучения в 500 раз (500 солнц), можно получить выигрыш в 2 × 500 = 1000 раз! Это выигрыш в площади самого элемента, т. е. материала надо в 1000 раз меньше. Современные концентраторы солнечного излучения измеряют плотность излучения в тысячах и десятках тысяч «солнц», сконцентрированных на одном элементе.

Другой из возможных способов - получение материала, который может работать хотя бы на двух частотах или, точнее, с более широким диапазоном солнечного спектра. В начале 1960-х была показана возможность «мультизонного» фотоэффекта. Это своеобразная ситуация, когда наличие примесей создает полосы в запрещенной зоне полупроводника, что позволяет электронам и дыркам «прыгать через пропасть» в два или даже в три прыжка. В результате можно получить фотоэффект для фотонов с частотой 0,7, 1,8 или 2,6 эВ, что, конечно, значительно расширяет спектр поглощения и увеличивает КПД. Если ученым удастся обеспечить генерацию без существенной рекомбинации носителей на тех же примесных полосах, то КПД таких элементов может достигать 57%.

С начала 2000-х в этом направлении ведутся активные исследования под руководством В. М. Андреева и Ж. И. Алфёрова.

Есть еще интересное направление: поток солнечного света сначала расщепляется на потоки различных диапазонов частот, каждый из которых затем направляется на «свои» ячейки. Такое направление тоже может считаться перспективным, так как при этом исчезает последовательное соединение, неизбежное в «сэндвич»-структурах типа изображенной выше, лимитирующее ток элемента наиболее «слабым» (в это время дня и на данном материале) участком спектра.

Принципиальную важность имеет оценка соотношения солнечной и атомной энергетики, высказанная Ж. И. Алфёровым на одной из недавних конференций: «Если бы на развитие альтернативных источников энергии было затрачено только 15% средств, брошенных на развитие атомной энергетики, то АЭС для производства электроэнергии в СССР вообще не потребовались бы!»

Будущее гетероструктур и новые технологии

Интересна и другая оценка, отражающая точку зрения Жореса Ивановича: в XXI веке гетероструктуры оставят только 1% для использования моноструктур, т. е. вся электроника уйдет от таких «простых» веществ, как кремний с чистотой 99,99–99,999%. Цифры - это чистота кремния, измеряемая в девятках после запятой, но этой чистотой уже лет 40 как никого не удивить. Будущее электроники, полагает Алфёров, - это соединения из элементов A 3 B 5 , их твердых растворов и эпитаксиальных слоев различных сочетаний этих элементов. Конечно, нельзя утверждать, что простые полупроводники типа кремния не могут найти широкого применения, но все же сложные структуры дают значительно более гибкий ответ на запросы современности. Уже сегодня гетероструктуры решают проблему высокой плотности информации для оптических систем связи. Речь идет об OEIC (optoelectronic integrated circuit ) - оптоэлектронной интегральной схеме. Основу любой оптоэлектронной интегральной микросхемы (оптопары, оптрона) составляют инфракрасный излучающий диод и оптически согласованный с ним приемник излучения, что дает простор формальной схемотехнике для широкого использования этих устройств в качестве приемо-передатчиков информации.

Кроме того, ключевой прибор современной оптоэлектроники - ДГС-лазер (ДГС - двойная гетероструктура) - продолжает совершенствоваться и развиваться. Наконец, сегодня именно высокоэффективные быстродействующие светодиоды на гетероструктурах обеспечивают поддержку технологии высокоскоростной передачи данных HSPD (High Speed Packet Data service ).

Но самое главное в выводе Алфёрова не эти разрозненные применения, а общее направление развития техники XXI века - получение материалов и интегральных схем на основе материалов, обладающих точно заданными, рассчитанными на много ходов вперед свойствами. Эти свойства задаются путем конструкторской работы, которая ведется на уровне атомной структуры материала, определяемой поведением носителей заряда в том особом регулярном пространстве, которое представляет собой внутренность кристаллической решетки материала. По сути эта работа - регулирование числа электронов и их квантовых переходов - ювелирная работа на уровне конструирования постоянной кристаллической решетки, составляющей величины нескольких ангстрем (ангстрем - 10 –10 м, 1 нанометр = 10 ангстрем). Но сегодня развитие науки и техники - это уже не тот путь вглубь вещества, каким он представлялся в 60-е годы прошлого века. Сегодня во многом это движение в обратном направлении, в область наноразмеров - например, создание нанообластей со свойствами квантовых точек или квантовых проволок, где квантовые точки линейно связаны.

Естественно, нанообъекты - лишь один из этапов, которые проходят в своем развитии наука и техника, и на нем они не остановятся. Надо сказать, что развитие науки и техники путь далеко не прямолинейный, и если сегодня интересы исследователей сместились в сторону увеличения размеров - в нанообласть, то завтрашние решения будут конкурировать в разных масштабах.

Например, возникшие на кремниевых чипах ограничения по дальнейшему увеличению плотности элементов микросхем можно решить двумя путями. Первый путь - смена полупроводника. Для этого предложен вариант изготовления гибридных микросхем, основанных на применении двух полупроводниковых материалов с различными характеристиками. В качестве наиболее перспективного варианта называется использование нитрида галлия совместно с кремниевой пластиной. С одной стороны, нитрид галлия обладает уникальными электронными свойствами, позволяющими создавать высокоскоростные интегральные микросхемы, с другой - использование кремния как основы делает такую технологию совместимой с современным производственным оборудованием. Однако подход со стороны наноматериалов содержит еще более новаторскую идею электроники одного электрона - одноэлектроники.

Дело в том, что дальнейшую миниатюризацию электроники - размещение тысяч транзисторов на подложке одного микропроцессора - ограничивает пересечение электрических полей при движении потоков электронов в расположенных рядом транзисторах. Идея в том, чтобы вместо потоков электронов использовать один-единственный электрон, который может двигаться в «индивидуальном» временном графике и поэтому не создает «очередей», снижая тем самым напряженность помех.

Если разобраться, то потоки электронов в общем-то и не нужны - для передачи управления можно подать как угодно малый сигнал, проблема заключается в том, чтобы его уверенно выделить (детектировать). И оказывается, что одноэлектронное детектирование технически вполне осуществимо - для этого используется туннельный эффект, который является для каждого электрона индивидуальным событием, в отличие от обычного движения электронов «в общей массе» - ток в полупроводнике является коллективным процессом. С точки зрения электроники туннельный переход - это перенос заряда сквозь конденсатор, поэтому в полевом транзисторе, где конденсатор стоит на входе, одиночный электрон можно «поймать» по частоте колебаний усиливаемого сигнала. Однако выделить этот сигнал в обычных устройствах удавалось только при криогенных температурах - повышение температуры разрушало условия детектирования сигнала. Но температура исчезновения эффекта оказалась обратно пропорциональной площади контакта, и в 2001 г. удалось сделать первый одноэлектронный транзистор на нанотрубке, в котором площадь контакта была так мала, что позволяла работать при комнатных температурах!

В этом отношении одноэлектроника повторяет путь, который прошли исследователи полупроводниковых гетеролазеров - группа Алфёрова билась как раз над тем, чтобы найти материал, который обеспечит эффект лазерной генерации при комнатной температуре, а не при температуре жидкого азота. А вот сверхпроводники, с которыми связаны самые большие надежды по передаче больших потоков электронов (силовых токов), пока не удается «вытащить» из области криогенных температур. Это не только существенно тормозит возможности снижения потерь при передаче энергии на большие расстояния - хорошо известно, что перенаправление потоков энергии по территории России в течение суток приводит к 30%-ным потерям на «нагрев проводов», - отсутствие «комнатных» сверхпроводников ограничивает развитие хранения энергии в сверхпроводящих кольцах, где движение тока может продолжаться практически вечно. Недостижимым пока идеалом создания таких колец служат обычные атомы, где движение электронов вокруг ядра порой устойчиво при самых высоких температурах и может продолжаться неограниченно долго.

Дальнейшие перспективы развития наук о материалах весьма разнообразны. Причем именно с развитием науки о материалах появилась реальная возможность прямого использования солнечной энергии, сулящая огромные перспективы возобновляемой энергетике. Порой именно такие направления работы определяют будущее лицо общества (в Татарии и Чувашии уже планируют «зеленую революцию» и всерьез разрабатывают создание биоэкоградов). Возможно, будущее этого направления состоит в том, чтобы от развития техники материалов шагнуть к пониманию принципов функционирования самой природы, встать на путь использования управляемого фотосинтеза, который может быть распространен в человеческом обществе так же широко, как и в живой природе. Речь уже идет об элементарной ячейке живой природы - клетке, и это следующий, более высокий этап развития после электроники с ее идеологией создания приборов для выполнения какой-то одной функции - транзистора для управления током, светодиода или лазера для управления светом. Идеология клетки - это идеология операторов как элементарных устройств, осуществляющих некий цикл. Клетка служит не изолированным элементом для выполнения какой-то одной функции за счет внешней энергии, но целой фабрикой по переработке доступной внешней энергии в работу поддержания циклов множества различных процессов под единой оболочкой. Работа клетки по поддержанию собственного гомеостазиса и накопления в ней энергии в виде АТФ - захватывающая проблема современной науки. Пока биотехнологи могут лишь мечтать о создании искусственного устройства со свойствами клетки, пригодного для использования в микроэлектронике. И когда это произойдет, несомненно, начнется новая эра микроэлектроники - эра приближения к принципам работы живых организмов, давняя мечта фантастов и давно придуманной науки бионики, все еще не вышедшей из колыбели биофизики.

Будем надеяться, что создание научного центра инноваций в Сколково сумеет реализовать нечто подобное «эффекту спутника» - открыть новые прорывные области, создать новые материалы и технологии электроники.

Пожелаем успеха Жоресу Ивановичу Алфёрову на посту научного руководителя этого нового научно-технологического агломерата. Хочется надеяться, что его энергия и настойчивость будут залогом успеха этого предприятия.

Запрещенная зона - область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле. Характерные значения ширины запрещенной зоны в полупроводниках составляют 0,1–4 эВ. Примеси могут создать полосы в запрещенной зоне - возникает мультизона.

Вам могут быть интересны следующие материалы

Отношения

Интерьер

Дети

Красота

Фигура

Здоровье

© 2020 Женские секреты. Отношения, красота, дети, мода