Жорес Алферов

Министерство образования и  науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

 

Кафедра оптики и биофотоники

 

Жорес Алферов

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Саратов   2013

Оглавление.

 

1. Введение

2. Биография Жореса  Алферова

3. Нобелевская премия

4. Гетероструктура

5.Польза и вред нобелевского открытия

6. Вывод.

8. Список использованной  литературы.

 

В науке нет откровения, нет постоянных догматов;

     всё в  ней, напротив того, движется и  совершенствуется.

     А. И.  Герцен

    

1.ВВЕДЕНИЕ

 

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

представление об окружающем мире – от свойств элементарных частиц до эволюции

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

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

можем узнать, как даже абстрактные на первый взгляд физические исследования

рождали новые области  техники, давали толчок развитию промышленности и привели

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

электродинамики, статистической физики, квантовой механики определили облик

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

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

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

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

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

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

лучше овладеть своей  профессией.

2. БИОГРАФИЯ ЖОРЕСА АЛФЕРОВА

                         Я не уверен даже, что в ХХI веке удастся освоить

                                      «термояд» или, скажем, победить  рак.

     Борис Стругацкий,

     Писатель

 

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

В 1970 году защитил  по результатам исследований гетеропереходов в полупроводниках диссертацию на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. В 1972 году был избран членом-корреспондентом, в 1979-м – действительным членом Академии наук СССР. С 1987 года – директор Физико-технического института АН СССР. Главный редактор журнала «Физика и техника полупроводников».

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

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

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

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

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

«Хьюлетт-Паккард». Физику присуждены также премия имени  А. П. Карпинского,золотая медаль Х. Велькера (ФРГ) и Международная премия Симпозиума по арсениду галлия.

     С 1989 года Алферов – председатель президиума Ленинградского –

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

 

 

 

 

 

 

 

 

3. НОБЕЛЕВСКАЯ  ПРЕМИЯ

В одном из своих многочисленных интервью (1984 год) на вопрос корреспондента: «По слухам, Вы нынче были представлены к Нобелевской премии. Не обидно, что не получили?» Жорес Иванович ответил: «Слышал, что представляли уже не раз. Практика показывает – либо ее дают стразу после открытия (в моем случае это середина 70-х годов), либо уже в глубокой старости. Так было с П.Л. Капицей. Значит, у меня еще все впереди».

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

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

     Один из «соратников» Алферова, американец немецкого происхождения Г. Кремер, в далеком 1957 году разработал гетероструктурный транзистор. Шестью годами позже он и Жорес Алферов независимо друг от друга предложили принципы, которые были положены в основу конструкции гетероструктурного лазера. В том же году Жорес Иванович запатентовал свой знаменитый оптический инжекционный квантовый генератор. Третий физик-лауреат – Джек С.килби внес огромный вклад в создание интегральных схем.

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

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

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

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

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

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ

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

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

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.ПОЛЬЗА  И ВРЕД НОБЕЛЕВСКОГО ОТКРЫТИЯ

 

 Чем полезно  и опасно нобелевское открытие  Алферова?

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

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

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

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

     Нанороботы, введенные в организм человека, смогут очистить его от микробов или зарождающихся раковых клеток, кровеносную систему – от отложений холестерина. Они смогут исправить характеристики тканей и клеток. Так же как молекулы ДНК при росте и размножении организмов складывают свои копии из простых молекул, нанороботы смогут создавать различные объекты и новые виды материи – как «мертвой», так и «живой». Трудно представить все возможности,  которые откроются перед человечеством, если оно научится оперировать с атомами, как с винтами и гайками. Изготовление вечных деталей механизмов из атомов углерода, выстроенных в алмазную решетку, создание молекул, редко встречающихся в природе, новых, сконструированных соединений, новых лекарств.

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

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

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

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

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ