Знание-сила, 2000 № 12 (882)

Тем не менее Ж.И. Алферов начал исследования гетеропереходов на основе соединений элементов III и V групп. Первые попытки оказались неудачными. Тогда были поставлены исследования гетеропереходов системы GaAs- GaAlAs. В этой системе на границе намного меньше искажения ионной решетки, от правильности которой зависит эффективность работы приборов. Была разработана технология выращивания из жидкой фазы, и удалось вырастить идеальные гетеропереходы этой системы. Из них оказалось возможным сделать и полупроводниковые лазеры, и светодиоды. Эти исследования были выполнены на два-три года раньше соответствующих американских и европейских работ (японские исследователи тогда еще не лидировали в научно-технической гонке).

На основе работ группы Ж.И. Алферова были сделаны полупроводниковые лазеры, работающие при комнатной температуре в режиме постоянного тока, сначала инфракрасные, потом красные. Это определило широту их применения. Важный результат научных исследований: было показано, что рекомбинация в этих структурах идет в основном как излучательная. Отсюда следовало, что на их основе могут быть созданы эффективные светодиоды и лазеры.

В начале семидесятых годов ФТИ, в котором работал Ж.И. Алферов, направил его на стажировку в США, в Иллинойский университет, в лабораторию профессора Ника Холоньяка. Он происходил из семьи, эмигрировавшей в Америку с Украины в двадцатых годах, читал научную литературу по-русски и знал работы Алферова. В это время ученые из фирмы «Белл» также сделали гетеропереходы на основе арсенида галлия, и их работы были представлены на золотую медаль Американского физического общества. Заявка попала на отзыв Н. Холоньяку, который написал, что все это очень хорошо, но такие переходы сделал на два-три года раньше Алферов. И медаль была присуждена Ж.И. Алферову. Это признание, по-видимому, оказалось потом очень важным для доказательства его приоритета в Нобелевском комитете.

Другое важное применение гетеропереходов – фотопреобразователи. Если мы хотим создать фотоприемник, прибор, преобразующий излучение в электрический сигнал, то важно, чтобы квант света был поглощен вблизи перехода. В обычном р-n-переходе свет частично поглощается в материале полупроводника. Но если р-n-переход сделать в гетеропереходе, то есть p-область окажется в одном полупроводнике, а n-область – в другом, то можно пропускать свет через полупроводник, прозрачный для этой длины волны (широкозонный), а поглощать его на границе с вторым, непрозрачным (узкозонным). На этом пути были сделаны солнечные элементы с КПД более 25 процентов.

Жорес Иванович Алферов замечателен не только своей физической интуицией и умением довести экспериментальный результат до приборного применения, но и организаторскими способностями, умением собрать группу талантливых молодых людей – теоретиков, экспериментаторов и технологов, которые были увлечены наукой и дружно работают. Его сотрудники – Д.З. Гарбузов, В.М. Андреев, В.И. Корольков, И.Третьяков, В.Б. Халфин, ЕЛ. Портной – получали и Ленинские, и Государственные премии, стали докторами наук и основателями новых, своих направлений.

Важна и та научная школа, из которой произошел сам Алферов. Это – школа ФТИ, созданная Абрамом Федоровичем Иоффе, который сам был учеником К. Рентгена. К. Рентген был первым нобелевским лауреатом по физике в 1901 году; он получил премию за открытие рентгеновских (Х-) лучей, но сам говорил, что его работы по физике кристаллов не менее важны. А.Ф. Иоффе был учеником Рентгена именно в области физики кристаллов. Школа ФТИ известна умением связать науку и ее применения. Это была школа «с высоким квантовым выходом», из нее вышли, например, И.В. Курчатов и Н.Н. Семенов. В семидесятые годы оказалось, что гетеропереходы можно создавать на основе четверных твердых растворов. Это было результатом развития исследований, выполненных Ж.И. Алферовым совместно с сотрудниками Физического института имени П.Н. Лебедева АН и ГИРЕДМЕТа. В этом случае можно одновременно подгонять расстояния между атомами в решетке, чтобы переход был идеальным, и изменять ширину запрещенной зоны так, как это нужно для практических применений.

Вернемся к Нобелевской премии. Почему в ней соединены Ж.И. Алферов и Г. Кремер, понятно. Теоретические исследования второго послужили толчком для развития работ в этой области. Что касается Дж. Килби, тут логика иная. Он предложил делать электронные схемы не из отдельных полупроводниковых приборов – диодов и транзисторов, а создавать их на одной пластине, чипе, предложил методику и технологию создания микросхем. То есть выдвинул и осуществил идею, которая сейчас лежит в основе всей полупроводниковой схемотехники.