Жорес Алфёров

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Холоднянская средняя общеобразовательная школа»
Предметная область – физика
ЖОРЕС АЛФЁРОВ:
ФЛАГМАН ОТЕЧЕСТВЕННОЙ
ЭЛЕКТРОНИКИ
ДОКЛАД
Ученица 11 класса
Бачу Раиса Герасимовна
Руководитель:
Пиляев Павел Алексеевич
С.Холодное, 2013
1
Введение
Темы моей работы «Жорес Алфёров: флагман отечественной электроники».
Три года назад, когда российская и мировая общественность отметила 80-летие
одного из крупнейших физиков и инженеров нашего времени, лауреата Нобелевской
премии Жореса Ивановича Алфёрова, на внеклассном мероприятии по физике,
посвященном выдающимся открытиям современности в области физики, я впервые
услышала имя этого замечательного человека, человека с большой буквы. Учитель физики
Пиляев Павел Алексеевич своим рассказом заинтересовал
меня. Я узнала, что имя
Ж.И.Алфёрова давно и хорошо известно среди специалистов в области физики
полупроводников. Он принимал участие в создании первых отечественных транзисторов,
фотодиодов, мощных германиевых выпрямителей. Но основной вклад Ж.И.Алфёрова в
физику и технику полупроводников, в полупроводниковую электронику состоит в
открытии и создании им «идеальных» полупроводниковых гетероструктур и приборов на
их основе. Мне захотелось узнать об этом несколько подробнее.
Мы живем в веке информационных технологий, поэтому за информацией я
обратилась в Интернет. О биографии Жореса Ивановича Алферова и его достижениях я
узнала на сайтах:

http://www.people.su/4778,

http://rudocs.exdat.com/docs/index-348522.html,

http://www.inventor.perm.ru/persons/inventor_alferov.htm,

http://electrisite.ru/lichnosti-v-elektrichestve/zhores-alfyorov.html,
 http://fiz.1september.ru/articlef.php?ID=200601409
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;
http://www.vitebsk.net/age=people&sod=002_00_20010504 .

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%84%D1%91%D1%80%D0%BE%D0%
B2,_%D0%96%D0%BE%D1%80%D0%B5%D1%81_%D0%98%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D
0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87

http://kprf.ru/dep/76726.html, http://www.vesti.ru/doc.html?id=347228

http://fantazin.ru/nauka/news_2010-04-04-14-45-12-544.html
http://elementy.ru/lib/431084?page_design=print
Главная / Библиотека / В

Интервью газете
«Советская Россия»: Бороться и искать, найти и не сдаваться!
популярных журналах / «Экология и жизнь» Жорес Алфёров: флагман
отечественной электроники
2
Основная часть
«Наука не будет развиваться, если учёный не станет уважаемым человеком»
Нобелевский лауреат России Жорес Алфёров[6]
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. Детство, война, школа, Победа…
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 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.[2]
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 АIIIBV (элементов III и V групп Периодической системы Менделеева).
3
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.[5]
Получение сверхчистых полупроводников стало очень важным этапом 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 своему химическому
составу полупроводников).
После защиты кандидатской диссертации Жорес Алферов принялся за исследование
гетеропереходов. Используя опыт получения сверхчистых проводников, наращивания
эпитаксиальных слоев, он учился воздействовать на свойства полупроводниковых
гетеропереходов, анализировал особенности полученных структур, их чувствительность к
внешним воздействиям – свету, изменению температуры, электрическим и магнитным
полям. Тонкий физический эксперимент – дело увлекательное, но невероятно трудоемкое.
Успех достается не просто талантливому –
успех достается талантливому и
трудолюбивому.
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 конференцию по физике полупроводников. 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.[2]
4
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. [5]
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,
светоизлучающие
диоды,
полупроводниковые
фотоэлементы, солнечные батареи. [2]
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
полупроводниковых
GaAs–AlAs
приборах
и
показаны
(лазерах,
преимущества
светодиодах,
гетероструктур
солнечных
батареях
в
и
транзисторах). 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.Важнейшим было, конечно,
создание низкопороговых, работающих при комнатной температуре лазеров на двойной
гетероструктуре, предложенной Ж.И.Алфёровым ещё в 1963 г.[5]
5
Работы
по
исследованию
полупроводников
продолжались.
Появились полупроводниковые лазеры. В отличие от лазеров других типов в
полупроводниковых
используются
квантовые
переходы
между
энергетическими
уровнями гетероструктурного полупроводника. В полупроводниковой активной среде
можно добиться очень больших показателей оптического уселения света, необходимых
для создания лазерного излучения. Благодаря этому обстоятельству 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% и самое главное – длина волны такого лазера может быть
при необходимости изменена.
Долго физики не могли решить очень важную проблему – полупроводниковые
лазеры устойчиво работали только при низких температурах. Например, первые лазеры,
созданные на соединениях галлия и мышьяка, работали в диапазоне от 4о до 20о К!
Понятно, что массовое использование такого прибора нереально. Лаборатория Алферова
добилась своего – полупроводниковые лазеры заработали при комнатных температурах.
Жизнь продолжалась. Жорес Иванович встретил женщину, которая стала ему женой
и верным другом. В 1972г. у них родился сын Иван, и в том же году Жорес Иванович был
избран членом-корреспондентом Академии наук СССР.
К Алфёрову пришло международное признание. Он обладатель многочисленных
отечественных и зарубежных наград и премий.
Алфёров 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 СанктПетербургское отделение. С 1987г. Ж. Алфёров – во главе родного института.
Ж. Альфёров (теперь еще и депутат Гос. Думы России) сказал, что его главная цель –
помочь образованию и науке. Академик Алфёров пришел в Думу затем, чтобы избавить
молодых ученых России от страшного выбора – потерять Родину или потерять себя.
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 исследования. Невиданные перспективы открылись перед учеными
именно благодаря новым способам обработки информации. Предварительно выполнив
численное моделирование процесса, можно создать упорядоченную структуру, уложив в
цепочку заданной конфигурации атом за атомом. Размер таких структур – уже не микро-,
6
а нанометры. Не одна миллионная, а одна миллиардная доля метра! Мы не можем себе
представить такое крошечное устройство, а академик Алфёров уже знает, как оно будет
работать. На смену микроэлектронике приходят нанотехнологии. [2]. 5 апреля 2010года
объявлено о том, что Алфёров назначен научным руководителем инновационного центра
в Сколково [6]. 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 [9].
10 октября 2000 года информационные агентства мира распространили сообщение:
“Шведская Королева Академия наук присудила Нобелевскую премию по физике за
фундаментальные работы по информационным и коммуникационным технологиям.
Премия разделена на разные части. Половина премии присуждена Жоресу Ивановичу
Алфёрову (Физико-технологический институт имени А. И. Иоффе, Санкт-Петербург,
Россия) и Герберту Крёмеру (Калифорнийский университет Санта-Барбары, США) за исследования полупроводниковых гетероструктур в высокоскоростной электронике и
оптоэлектронике. Вторая половина премии присуждена Джеку Килби (компания Texas
Instruments, Даллас, США) за участие в разработке микросхем”.
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. Алфёрова
невозможно было бы передавать информацию через спутники.[2]
Заключение
В своей работе я рассказала о выдающемся открытии современности в области физики
полупроводников, полупроводниковой и квантовой электроники, технической физики
Жореса Алферова, известного физика и общественного деятеля, лауреата Нобелевской,
Ленинской премий, премии «Глобальная энергия», кавалера многих высоких наград,
уроженца
и
Почетного
гражданина
Витебска.
Он
работает
над
созданием
полупроводниковых гетероструктур и быстрых опто- и микроэлектронных компонентов.
Все, что мы имеем сегодня в области компьютерной техники, во многом определяется
именно этим открытием. Оно применяется в информатике и во многом определило
развитие современной компьютерной техники. По всей планете люди пользуются его
научными
разработками.
проигрывателях
В
мобильных
компакт-дисков,
телефонах,
дисководах
оптико-волоконной
компьютеров
и
многом
связи,
другом
использованы его открытия. Несмотря на то, что открытие сделано достаточно давно,
в начале 1970-х годов, Нобелевская премия за него была присуждена только в 2000 году,
видимо, потому что общество только сейчас осознало его значение.
7
Список используемой литературы
Интернет-ресурсы:
1. http://www.people.su/4778.
2. http://rudocs.exdat.com/docs/index-348522.html.
3. http://www.inventor.perm.ru/persons/inventor_alferov.htm.
4. http://electrisite.ru/lichnosti-v-elektrichestve/zhores-alfyorov.html.
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; http://www.vitebsk.net/age=people&sod=002_00_20010504 .
5.http://fiz.1september.ru/articlef.php?ID=200601409.
6.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%84%D1%91%D1%80%D0%BE%D0%B2,_%D0%96
%D0%BE%D1%80%D0%B5%D1%81_%D0%98%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1
%87.
7.http://kprf.ru/dep/76726.html, http://www.vesti.ru/doc.html?id=347228. Интервью газете «Советская
Россия»: Бороться и искать, найти и не сдаваться!
8.http://fantazin.ru/nauka/news_2010-04-04-14-45-12-544.html.
Главная / Библиотека / В популярных
журналах / «Экология и жизнь» Жорес Алфёров: флагман отечественной электроники.
9.http://elementy.ru/lib/431084?page_design=print
8