Техника-молодежи №11 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

Наконец-то нашу науку вновь почтил своим вниманием комитет по Нобелевским премиям: в последний раз, более двадцати лет назад, ей был удостоен академик АН СССР Петр Капица. Но хотя немало последующих работ отечественных ученых вполне «тянули» на эту престижную награду, ее стали присуждать, в основном, американцам.

"Гетеро" более естественно, чем "гомо"...

В этом же году европейцы о нас вдруг «вспомнили», и после многочисленных и дотоле бесплодных представлений (или, как сейчас принято говорить, номинаций) Нобелевским лауреатом по физике стал академик РАН Жорес АЛФЕРОВ, директор легендарного ленинградского (ныне Санкт-Петербургского) Физтеха имени А.Ф. Иоффе - за разработку методов создания и практического применения полупроводниковых гетероструктур.

Что такое гетероструктура, почему она так называется, как ее получают и что она дает? Более полувека назад американские физики Дж.Бардин, У.Браттейн и У.Шокли создали полупроводниковый транзистор.

Постепенно транзистор заменили громоздкие и ненадежные электровакуумные лампы, использовавшиеся в первых ЭВМ и, в конце концов, привели к созданию интегральНЫХ микросхем устройство которых можно разглядеть только под электронным микроскопом.

Современные «микрочипы» работают не только в персональных ЭВМ, которые можно носить с собой в портфеле, но даже в изделиях бытовой техники, вроде программируемых стиральных машин.

В обычных транзисторах используют электронные процессы, происходящие в так называемых р-п-переходах, образуемых одним и тем же полупроводниковым материалом (прежде всего, монокристаллическим кремнием), различные части которого имеют различные типы электронной проводимости.

Для этого в одну часть монокристалла вводят те или иные добавки, придающие ему свойства проводника электронов (так называемый п-тип проводимости), а в другую, соседнюю, часть вводят добавки, придающие кремнию способность переносить «дырки» от электронов, формально подобные позитронам (это и есть р-тип проводимости).

Процессы, происходящие на границе раздела между р-и п-областями одного монокристалла (т.е. на р-п-переходе) и придают кремнию свойства, позволяющие тонко управлять электронными процессами.

Поскольку в этом случае области с р- и п-типами проводимости создаются в пределах одного и того же полупроводникового материала, переходы между ними называются гомопереходами.

Но еще давно возникла идея использовать для создания транзисторов гетеропереходы, то есть р-п-переходы, в которых области с различными типами проводимости формируются из разных («гетеро», а не «гомо») материалов.

Теоретически реализация этой идеи сулила возможность создания более эффективных электронных приборов и уменьшения их размеров вплоть до атомных масштабов. (В связи с этим Жорес Иванович шутил, что в природе «гетеро» более естественно, чем «гомо»...)

Идея-то идеей, но не каждую идею легко реализовать.

Дело в том, что контакт между различными материалами, с р- и п-типами электронной проводимости, не может быть простым механическим, так называемым омическим контактом: различные полупроводниковые материалы долж ны соединяться между собой на атомном уровне, образуя единую кристаллическую решетку.

Решить же задачу тесного сращивания разнородных материалов долгое время никому не удавалось, потому что не удавалось подобрать полупроводники с одинаковыми размерами элементарных ячеек кристаллических решеток.

Впервые это удалось сделать в Физтехе под руковоством Алферова. Оказалось, что на роль идеального гетероперехода подходят два полупроводниковых материала - арсенид галлия (GaAs) и арсенид алюминия (AlAs).

Беда только в том, что арсенид алюминия мгновенно окисляется на воздухе, и о его практическом применении, казалось бы, не могло быть и речи.

Однако выяснилось, что арсенид алюминия устойчив в виде так называемого твердого раствора в металлическом галлии. Так было преодолено главное препятствие, лежащее на пути создания работоспособных гетероструктур.

Основным методом, позволяющим получать идеальные гетеропереходы, служит так называемая жидкостная эпитаксия - послойное наращивание кристаллической решетки из раствора-расплава.

Суть ее заключается в том, что в кварцевую трубку в токе водорода помещают графитовую кассету с кристаллической подложкой, рядом помещают металл-растворитель (галлий, который плавится при

температуре всего 28°С), и в него вводят арсенид галлия и алюминий (рис.1); в результате на подложке происходит кристаллизация (рис.2), в результате которой и удается получать гетеропереходы толщиной от

сотен ангстрем (1 ангстрем - одна стомиллионная доля сантиметра) до десятков микрометров, а на их основе - сложнейшие многослойные гетероструктуры - например, для преобразования инфракрасного (ИК) излучения в видимое (рис.3).

За эти работы в 1972 г. Жорес Алферов и его коллеги были удостоены Ленинской премии - высшей награды СССР. А теперь, в 2000-м, когда Алферову 15 марта исполнилось 70 лет, как бы к юбилею ученого, подоспел и «нобель»...

История создания гетеропереходов и гетероструктур, борьба идей и амбиций - отдельная песня.

В результате усилий отечественных ученых и технологов, проходивших на протяжении многих лет в напряженной конкурентной борьбе с американцами, были созданы полупроводниковые лазеры (сейчас уже их

широко используют в различных оптоэлектронных устройствах, - например, в волоконно-оптических линиях связи, устройствах для преобразования инфракрасного излучения в видимое, для считывания информации с компакт-дисков).

А также в эффективных преобразователях солнечной энергии, успешно работающих к космосе и, возможно, в ближайшем будущем способных соперничать с другими источниками энергии.


на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу