Zhores Alferovs: vietējās elektronikas vadītājs

Zhores Alferovs: vietējās elektronikas vadītājs

Aleksandrs Samsonovs
"Ekoloģija un dzīve" №5, 2010

Šā gada martā astoņus gadus vecs ir akadēmiķis Zaurs Alfjērs Ivanovich, Nobela prēmijas laureāts un žurnāla "Ekoloģija un dzīve" redakcijas kolēģijas loceklis. Un aprīlī, ziņoja, ka Zhores Ivanovich tika iecelts Skolkovo inovācijas projekta zinātniskā direktora amatā. Šim nozīmīgajam projektam būtībā vajadzētu radīt izrāvienu nākotnē, elpot jaunu dzīvi vietējā elektronikā, kuras izaugsmes avotos bija Ž. I. Alfērsovs.

Atbalstot faktu, ka ir iespējams sasniegt panākumus, stāsts stāsta: kad 1957. gadā PSRS sāka pirmo satelītu, Amerikas Savienotās Valstis atradās ārējā stāvoklī. Tomēr ASV valdībai bija kaujas raksturs, tādēļ tika piešķirti tehnoloģijai, ka pētnieku skaits ātri sasniedza miljonu! Burtiski nākamajā gadā (1958. gadā) viens no viņiem, Džons Kilbijs, izgudroja integrālu shēmu, kas nomainīja iespiedshēmas plates tradicionālajos datoros – un radās moderno datoru mikroelektronika. Šis stāsts vēlāk tika saukts par "satelīta efektu".

Zhores Ivanovich ļoti uzmanīgi pievērš uzmanību nākamo pētnieku izglītošanai, ne tikai viņš nodibināja REC, apmācības centru, kur mācības notiek no skolas.Apsveicot Žorē Ivanoviču ar viņa jubileju, iepazīstieties ar elektronikas pagātni un nākotni, kur satelīta efekts ir atkārtoti jāpaziņo. Tiek cerēts, ka mūsu valsts nākotnē, tāpat kā kādreiz bija Amerikas Savienotajās Valstīs, uzkrāsies apmācītu pētnieku "kritiskā masa" – lai parādītu satelīta efektu.

"Tehniskā" gaisma

Pirmais solis mikroelektronikas izveidē bija tranzistors. Transistora ēras pionieri bija William Shockley, John Bardeen un Walter Brattein, kurš 1947. gadāBell laboratorijas"pirmo reizi tika izveidots aktīvs bipolāros tranzistors un otrā pusvadītāju elektronikas sastāvdaļa bija ierīce tiešai elektrības pārveidošanai gaismā – tas ir pusvadītāju optoelektroniskais pārveidotājs, kura izveidei J. I. Alferovam bija tieša saikne.

Elektrības tiešas konversijas uzdevums "tehniskajā" gaismas koherentā kvantu starojuma formā kļuva par kvantu elektronikas virzienu, kas dzimusi 1953-1955. Faktiski zinātnieki ir izvirzījuši un atrisinājuši problēmu iegūt pilnīgi jaunu jaudas gaismu, kas iepriekš nebija raksturīgs. Šī nav gaisma, kas plūst nepārtrauktā plūsmā, kad strāva nokļūst caur volframa pavedienu vai nāk no dienas no Saules un sastāv no nejauša dažāda garuma viļņu maisījuma, kas nav saskaņoti fāzē.Citiem vārdiem sakot, tika izveidota stingri "mērīta" gaisma, kas iegūta kā noteiktu kvantu skaitļu kopums ar noteiktu viļņa garumu un stingri "uzcelts" – saskanīgs, tas ir, pasūtīts, kas nozīmē vienlaicīgu (sinfazīnu) kvantu emisiju.

ASV prioritāti tranzistoram noteica milzīgais Otrā pasaules kara slogs, kas uzkrājās mūsu valstij. Šajā karā Žorsa Ivanoviča vecākais brālis Marks Ivanovičs tika nogalināts.

Marks Alfjorovs 1941. gada 21. jūnijā absolvējis skolu "Syasstroy". Nāca Enerģētikas fakultātes Ural rūpniecības institūtā, bet viņš studēja tikai dažas nedēļas, un pēc tam nolēma, ka viņa pienākums ir aizsargāt savu dzimteni. Staļingrada, Harkova, Kursk Bulge, smagas brūces uz galvu. 1943. gada oktobrī viņš pavadīja trīs dienas kopā ar savu ģimeni Sverdlovskā, kad pēc slimnīcas viņš atgriezās priekšā.

Trīs dienas pavadīts kopā ar brāli, viņa priekšējie stāsti un kaislīga jauneklīga ticība zinātnes un inženierijas spēkam 13 gadus veci Jores atcerējās visu mūžu. Aizsardzības padomnieks Jaunākais leitnants Marks Ivanovichs Alferovs nomira cīņā "otrajā Staļingradā" – tā sauktā Korsuna-Ševčenko operācija.

1956. gadā Zorē Alferovs ieradās Ukrainā, lai atrastu savu brāļa kapu.Kijevā, uz ielas, viņš negaidīti tikās ar savu kolēģi B. P. Zakharchenya, kurš vēlāk kļuva par vienu no viņa tuvākajiem draugiem. Mēs vienojāmies iet kopā. Mēs nopirka biļetes uz tvaikonis, un nākamajā dienā mēs pārlidojām Dņepru uz Kanevu divvietīgā kajītē. Atrada Khilki ciematu, pie kura padomju karavīri, ieskaitot Marksu Alfjorovu, atspoguļoja nopietno mēģinājumu atsevišķām Vācijas divīzijām izkļūt no Korsuna-Ševčenko "katla". Viņi atrada masu kapu ar baltu apmetuma karavīru uz pjedestāla, kas stiprinājās virs mežonīgi augošās zāles, kurā tika ievietoti vienkārši ziedi, kas parasti tiek stādīti uz krievu kapiem: kliņģerītes, pansijas, aizmirstās nēsājamās vietas.

Līdz 1956.gadam Zorē Alferovs jau strādājis Ļeņingradas fizikas un tehnoloģiju institūtā, kur viņš sapņojis par studijām. Galvenā loma šajā spēlē bija grāmatai "Mūsdienu fizikas pamatprincipi", ko uzrakstījis krievu fizikas patriarhs Abrams Fedorovičs Ioffe, no kura skolā praktiski visi fiziķi, kas vēlāk bija Krievijas fiziskās skolas lepnums: P. L. Kapitsa, L. D. Landau un V. Kurčatovs, A. P. Aleksandrovs, J. B. Haritons un daudzi citi.Zhores Ivanovich rakstīja daudz vēlāk, ka viņa laimīgo dzīvi zinātnē noteica viņa izplatīšana Fiztech, vēlāk nosaukta Ioffe.

Sistemātiskie pusvadītāju pētījumi Fizikālās tehnikas institūtā sākās 30. gados. 1932. gadā V. P. Žoše un B. V. Kurčatovs pētīja pusvadītāju raksturīgo un piemaisījumu vadītspēju. Tajā pašā gadā A. F. Ioffe un I. I. Frenkel izveidoja teoriju par strāvas labošanu pie metāla pusvadītāju kontakta, pamatojoties uz tuneļu parādību. 1931. un 1936. gadā J. I. Frenkel publicēja savus slavenos darbus, kuros viņš paredzēja eksistonu esamību pusvadītājos, ieviešot šo terminu un izstrādājot eksotiņu teoriju. 1939. gadā publicēja B. I. Davydovs, Fizteka darbinieks, pn-savienojuma labošanas teorija, kas veidoja V. Šokli pn-krustojuma pamatu, kurš 1939. gadā izveidoja pirmo tranzistoru. Nina Goryunova, Ioffe pēcdiploma studente, 1950. gadā aizstāvēta. disertācija uz intermetāliskiem savienojumiem, atvēra periodisko sistēmu trešās un piektās grupas savienojumu pusvadītāju īpašības (turpmāk tekstā A3In5) Tā bija tā, kas izveidoja pamatu, uz kura sākās pētījumi par šo elementu heterostruktūrām.(Rietumos pusvadītāju tēvs A3In5 uzskata G. Welker.)

Alfērovs pats neizdevās Ioffe vadībā – 1950. gada decembrī kampaņas laikā "pret kosmopolītismu" Ioffe tika atņemta no direktora amata un izņemta no Institūta akadēmiskās padomes. 1952. gadā viņš vadīja pusvadītāju laboratoriju, kuras pamatā 1954. gadā tika nodibināts PSRS Zinātņu akadēmijas Zinātņu akadēmijas pusvadītāju institūts.

Alferovs iesniedza pieteikumu par pusvadītāju lāzera izgudrojumu kopā ar teorētiķi RI Kazarinovu pusvadītāju lāzera meklējumā. Šie meklējumi sākās 1961. gadā, kad N. G. Basovs, O. N. Krohins un J. M. Popov formulēja teorētiskos priekšnoteikumus tā radīšanai. 1962. gada jūlijā amerikāņi nolēma uz paaudzes pusvadītāju – tas bija gallija arsēns, bet septembrī-oktobrī lāzera efekts tika iegūts nekavējoties trijās laboratorijās, pirmā bija Robert Halla grupa (1962. gada 24. septembris). Un piecus mēnešus pēc zāles publicēšanas tika iesniegts pieteikums par Alfērova un Kazarinova izgudrojumu, no kura atgriezenisko saiti aizņem Fiztehas heterostrukturālās mikroelektronikas studijas.

Fizikālo tehnoloģiju institūts, Alferova grupa, 1970 (no kreisās puses uz labo): Dmitrijs Garbuzovs, Vjačeslavs Andrejevs, Vladimirs Korolkovs, Dmitrijs Tretjakovs un Zhores Alferovs. Attēls: "Ekoloģija un dzīve"

Grupas Alferov (Dmitry Tretjakova, Dmitry Garbuz Jefims Drēbnieks, Vladimirs Korol'kov un Vjačeslavs Andrejevs) vairākus gadus cīnījās grūti atrast piemērotas realizācijas materiāla, cenšoties izdarīt to pašu, bet ir atradis piemērotu kompleksu trīskāršo pusvadītāju gandrīz nejauši: in Goryunova kaimiņu lab . Taču tas bija "nav nejauša" negadījums – meklēt daudzsološs saliktu pusvadītāju Nina Goryunov vadīja virzienu, un publicēti monogrāfijā 1968.gadā formulēja ideju par "periodiskās sistēmas pusvadītāju savienojumi." Savā laboratorijā izveidotais pusvadītāju savienojums bija nepieciešamais ražošanas stabilitāte, kas noteica uzņēmuma "panākumus". Šī materiāla pamatā esošais heterolaseris tika izveidots 1969. gada priekšvakarā, un prioritātes datums lāzera efekta noteikšanas līmenī ir 1967. gada 13. septembris.

Pirmo rakstu par iespēju izmantot pusvadītājus, lai radītu lāzeru, 1959. gadā publicēja N. G. Basovs, B. M. Vuls un J. M. Popovs.Pn-savienojumu izmantošanu šajos nolūkos 1961. gadā ierosināja N. G. Basovs, O. N. Krohins un J. M. Popovs. GaAs kristāla pusvadītāju lāzeri pirmo reizi tika ieviesti 1962. gadā R. Halla, M.I. Neyten un N. Holonyak laboratorijās (ASV). Pirms tiem pētīja pn savienojumu radiācijas īpašības, kas parādīja, ka ar lielu strāvu parādās stimulētās emisijas pazīmes (D. N. Nasledovs, S. M. Rybkin ar līdzdalībniekiem, PSRS, 1962). PSRS fundamentālie pētījumi, kas noveda pie pusvadītāju lāzera izveidē, 1964. gadā tika piešķirti Ļeņina balva (B. M. Vūls, O. N. Krohins, D. N. Nasledovs, A. A. Rogachev, S. M. Rybkin, J. M. Popovs, A. P. Šotovs, B. V. Tsarenkovs). Pusvadītāju lāzeru ar elektronisku ierosmi 1964. gadā pirmo reizi ieviesa N. G. Basovs, O. V. Bogdankevičs, A. G. Devjatkovs. Tajā pašā gadā N. G. Basovs, A. Z. Grasjuk un V. A. Katulis ziņoja par optiski sūknēto pusvadītāju lāzera izveidošanu. 1963. gadā J.I. Alferovs ierosināja pusvadītāju lāzera heterostruktūru izmantošanu. Tos 1968. gadā izveidoja J. I. Alferovs, V. M. Andreev, D. Z. Garbuzovs, V. I. Korolkovs, D. N. Tretjakovs, V. I. Shvejins, kuriem 1972. gadā tika piešķirta Ļeņina balva heteroseksuālo pētījumu veikšanai un uz tām balstīto ierīču izstrādei.

Jauni materiāli

Fona atraisīšanas kopš 60s lāzera skrējiens gandrīz nemanāmi kuru LED, kas arī ražo gaismas dota spektru, bet bez stingra saskaņotība lāzeru. Kā rezultātā mūsdienu mikroelektronikas ietver šādas galvenās funkcionālās ierīces, piemēram, tranzistoru un to konglomerāti – integrālās shēmas (tūkstošiem tranzistoru) un mikroprocesoriem (no desmitiem tūkstošu līdz desmitiem miljonu tranzistoru), bet patiesībā ir atsevišķa filiāle mikroelektronikas – Optoelektronika – izgatavoti ierīces, kas ir balstīti uz heterostruktūrās, lai izveidotu "tehniskus" gaismas pusvadītāju lāzerus un gaismas diodes. Pusvadītāju lāzera izmantošana ir saistīta ar jaunāko digitālo ierakstu vēsturi, no tradicionālajiem kompaktdiskiem līdz pat mūsdienu slavenajām tehnoloģijām. Blue ray uz gallija nitrīdu (GaN).

LED vai gaismas diode (LED, LED, LED – Eng. Gaismas diode), – pusvadītāju ierīce, kas izstaro neskaidru gaismu, kad caur to izplūst elektriskā strāva. Izstarotie gaismas meli šaurā spektra diapazonā, tās krāsu īpašības atkarīgas no ķīmisko sastāvu pusvadītāju izmanto to.

pa kreisi) un tiešie (labajā pusē) pusvadītāji. Attēls: "Ekoloģija un dzīve" "border = 0> Tiešā iesaldēšana (pa kreisi) un tiešie (labajā pusē) pusvadītāji. Attēls: "Ekoloģija un dzīve"

Tiek uzskatīts, ka pirmais LED, kas izstaro gaismu redzamā spektrā, 1962. gadā Ilinoisas Universitātē ražoja Nik Holonyaka vadītā grupa. Diodes, kas izgatavotas no netiešās spuldzes pusvadītājiem (piemēram, silīcijs, germānija vai silīcija karbīds) gandrīz neizstaro gaismu. Tādēļ tika izmantoti tādi materiāli kā GaAs, InP, InAs, InSb, kas ir tiešās plaisas pusvadītāji. Tajā pašā laikā daudzi A tipa pusvadītāju materiāli3InE veido starp tām nepārtrauktu cieto šķīdumu rindu – trīsvietīga un sarežģītāka (AIxGa1-xN un InxGa1-xN, GaAsxP1-xGaxIn1-xP, GaxIn1-xyP1-y utt.), pamatojoties uz kuru tika izveidots heterostrukturālās mikroelektronikas virziens.

Visizplatītākais LED indikators mūsdienās ir kvēlspuldžu un mobilo tālruņu un navigatoru displeju nomaiņa.

3In5 un a2(4)In6 un magnētiskie materiāli (iekavās) Līnijas savienojošie materiāli: sarkans savienojumiem A3In5un zils pārējā daļā tie apzīmē jau pētītās kvantu heterostruktūras.Attēls: "Ekoloģija un dzīve" "border = 0> IV grupas pusvadītāji, savienojumi A3In5 un a2(4)In6 un magnētiskie materiāli (iekavās) Līnijas savienojošie materiāli: sarkans savienojumiem A3In5unzils pārējā daļā tie apzīmē jau pētītās kvantu heterostruktūras. Attēls: "Ekoloģija un dzīve"

Vispārējā ideja par "tehniskās gaismas" turpmāko attīstību – jaunu materiālu radīšana LED un lāzera tehnoloģijām. Šis uzdevums nav atdalāms no materiālu iegūšanas problēmas ar īpašām pusvadītāja elektroniskās struktūras prasībām. Un galvenā no šīm prasībām ir aizliegto zonu struktūra pusvadītāju matricas, ko izmanto, lai atrisinātu konkrētu problēmu. Aktīvi veiktas pētījumu materiālu kombinācijas, kas ļauj sasniegt noteiktas prasības aizliegtās zonas formai un izmēram.*

Varat iegūt priekšstatu par šī darba daudzveidību, aplūkojot grafiku, ar kuru var novērtēt "pamata" dubultās savienojumu daudzveidību un to kombināciju iespējas kombinētās heterostruktūrās.

Veikt tūkstošiem saules!

Tehniskā apgaismojuma vēsture būtu nepilnīga, ja kopā ar gaismas avotiem tā uztvērēji nebūtu attīstījušies. Ja Alferova grupas darbs sākās ar izmešu materiālu meklēšanu, šodien viens no šīs grupas locekļiem, Alfērova tuvākais līdzstrādnieks un viņa senais draugs, profesors V.M. saules baterijas. Heterostruktūru ideoloģija kā materiālu komplekss ar noteiktu platību aizliegtajā zonā ir atradis arī aktīvo pielietojumu šeit. Fakts ir tāds, ka saules gaismu veido liels skaits dažādu frekvenču gaismas viļņu, kas ir tieši tā pilnīgas izmantošanas problēma, jo nav materiālu, kas vienādi varētu pārvērst dažādu frekvenču gaismu elektroenerģijā. Izrādās, ka jebkura silīcija saules baterija pārvērš ne visu saules starojuma spektru, bet tikai daļu no tā. Ko darīt "Recepte" ir maldinoši vienkāršs: veidot dažādu materiālu slāņa kūku, no kura katrs slānis reaģē savai frekvencei, bet tajā pašā laikā ļauj veikt visas citas frekvences bez būtiskas vājināšanas.

Tā ir dārga struktūra, jo tajā ir jāietver ne tikai pārejas no dažādām caurlaidībām, kurām gaisma nokrītas, bet arī daudzus palīgklājus, piemēram, lai iegūtu EMS, lai to turpmāk izmantotu. Patiesībā "sendvičs" ir vairāku elektronisko ierīču komplekts. Tās lietošana ir pamatota ar "sviestmaižu" lielāku efektivitāti, ko efektīvi izmanto kopā ar saules koncentratoru (lēcu vai spoguli). Ja "sviestmaize" ļauj palielināt efektivitāti salīdzinājumā ar silīcija elementu, piemēram, 2 reizes, no 17 līdz 34%, tad, pateicoties rumbai, kas palielina saules radiācijas blīvumu 500 reizes (500 saules), jūs varat iegūt peļņu 2 × 500 = 1000 reizes! Tas ir ieguvums paša elementa jomā, tas ir, materiāls ir 1000 reizes mazāks. Mūsdienu saules starojuma koncentratori mēra starojuma blīvumu tūkstošos un desmitiem tūkstošu "saules", kas koncentrējas uz vienu elementu.

Koncentrācijas fotoelementu daudzslāņu struktūra saules enerģijas pārveidošanai ar augstu efektivitāti. Attēls: "Ekoloģija un dzīve"

Cits iespējamais veids ir iegūt materiālu, kas var strādāt vismaz divās frekvencēs vai, precīzāk, ar plašāku saules spektra klāstu.1960. gadu sākumā tika parādīta "daudzzonu" foto efekta iespēja. Šī ir savdabīga situācija, kad piemaisījumu klātbūtne rada pusvadītāju grupas joslas atstarpes, kas ļauj elektroniem un caurumiem "pārlēkt pāri visam traucējumam" divos vai pat trijos leņķos. Rezultātā fotoelektrisko efektu var iegūt fotoniem ar frekvenci 0,7, 1,8 vai 2,6 eV, kas, protams, ievērojami paplašina absorbcijas spektru un palielina efektivitāti. Ja zinātnieki spēs nodrošināt ražošanu bez būtiskas pārvadātāju rekombinācijas vienā un tajā pašā piemaisījumu joslā, tad šādu elementu efektivitāte var sasniegt 57%.

Kopš 2000. gadu sākuma šajā virzienā ir veikts aktīvs pētījums V. M. Andrejeva un Ž. I. Alferova vadībā.

Vēl viens interesants virziens: saules gaismas plūsma vispirms tiek sadalīta dažādu frekvenču diapazonu plūsmā, un katra no tām tiek novirzīta uz "tās" šūnām. Šādu virzienu var uzskatīt par daudzsološu, jo šajā gadījumā izzūd seriālais savienojums, kas neizbēgams iepriekš attēlotā tipa sandwich konstrukcijās, ierobežojot elementa strāvu līdz vājajai spektra daļai.

Nesenajā konferencē J.I. Alferovs izteiktā saules un atomenerģijas attiecības novērtējums ir būtiski svarīgs: "Ja tikai 15% no atomenerģijas attīstības vajadzībām iztērētajiem līdzekļiem tiktu tērēti alternatīvo enerģijas avotu attīstībai, tad AES elektroenerģijas ražošanai PSRS nebūtu vajadzīgs vispār! "

Heterostruktūru nākotne un jaunas tehnoloģijas

Vēl viens novērtējums ir interesants, atspoguļojot Zhoresa Ivanovicha uzskatu: 21. gadsimtā heterostruktūrās monostruktūru izmantošana atstās tikai 1%, proti, visa elektronika izstāsies no tādām vienkāršām vielām kā silīcijs ar 99.99-99.999% tīrību. Šie skaitļi ir silīcija tīrība, ko mēra deviņās pēc komata, bet šī tīrība jau ir 40 gadus veca un neviens nav pārsteigts. Elektronikas nākotne, pēc Alferova domām, ir A elementu kombinācija3B5, to cieto šķīdumu un epitāksisko slāņu dažādu šo elementu kombināciju. Protams, nevar apgalvot, ka vienkārši pusvadītāji, piemēram, silīcijs, nevar atrast plašu pielietojumu, taču sarežģītas struktūras nodrošina daudz elastīgāku reakciju uz mūsdienu vajadzībām. Pat šodien heterostruktūras atrisina problēmu, ka optisko sakaru sistēmām ir augsts informācijas blīvums. Tas attiecas uz OEIC (optoelektroniskā integrālā shēma) – optoelektroniskās integrālās shēmas. Pamats jebkura optoelektroniskās integrētās shēmas (optoelektronisko, optocoupler) veido infrasarkano diodi un optiski saskaņota ar viņu starojuma uztvērējs, kas nodrošina telpu oficiālu shēmas plašai izmantošanai šīm ierīcēm kā informācijas uztvērējiem.

Papildus tam turpina uzlabot un attīstīt mūsdienu optoelektronikas, DHS lāzera (DHS – dubultā heterostruktūra) galveno instrumentu. Visbeidzot, šodien tas ir augstas veiktspējas ātrgaitas LED uz heterostruktūrām, kas nodrošina atbalstu ātrgaitas datu pārraides tehnoloģijai HSPD (Ātrgaitas pakešu datu pakalpojums).

Bet vissvarīgākais Alferova noslēgumā nav šie atšķirīgie pielietojumi, bet 21. gadsimta tehnikas vispārējais attīstības virziens – tādu materiālu un integrētu shēmu ražošana, kuru pamatā ir materiāli, kuriem ir precīzi norādītas īpašības, kuras ir paredzētas daudzām kustībām uz priekšu. Šīs īpašības nosaka projektēšanas darbs, kas tiek veikts materiāla atomu struktūras līmenī, ko noteicis uzlādes nesēju uzvedība šajā konkrētajā regulārajā telpā, kas ir materiāla kristāla režģa iekšpuse.Būtībā šis darbs ir elektronu skaita regulēšana un to kvantu pārejas – juvelieru darbs pie vairāku angstromu režģu konstanta (angstroms – 10-10 m, 1 nanometrs = 10 angstroms). Taču šodien zinātnes un tehnoloģijas attīstība vairs nav tā, ka tā kļūst dziļa materiālā, kā tas tika atspoguļots pagājušā gadsimta 60. gados. Mūsdienās tas lielā mērā ir kustība pretējā virzienā, nano skalā – piemēram, nanooblastu radīšana ar kvantu punktu vai kvantu stieņu īpašībām, kur kvantu punkti ir lineāri saistīti.

Protams, nanobjekti ir tikai viens no posmiem, kas attīstās zinātnei un tehnoloģijai, un viņi to neapstāsies. Jāatzīst, ka zinātnes un tehnoloģiju attīstība nav tikai vienkārša, un, ja mūsdienu pētnieku intereses ir mainījušās, lai palielinātu izmēru – nanooblastā, tad rītdienas lēmumi konkurēs dažādos mērogos.

Piemēram, silīcija mikroshēmu ierobežojumi silīcija mikroshēmās var tikt atrisināti divos veidos. Pirmais ceļš ir pusvadītāju maiņa. Šim nolūkam tiek piedāvāts ražošanas hibrīda mikroshēmu variants, kura pamatā ir divu pusvadītāju materiālu izmantošana ar atšķirīgām īpašībām.Galvija nitrīda un silikona vafeļu lietošana tiek saukta par daudzsološāko variantu. No vienas puses, gallija nitrīdam ir unikālas elektroniskās īpašības, kas ļauj jums izveidot ātrgaitas integrētās shēmas, no otras puses, silīcija izmantošana kā pamatu padara šo tehnoloģiju par saderīgu ar modernām ražošanas iekārtām. Tomēr nanomateriālu pieeja ietver vēl novatoriskāku ideju par elektronu elektroniku – vienu elektroniku.

Fakts ir tāds, ka turpmāka elektronikas miniaturizācija – tūkstošiem tranzistoru izvietošana uz viena mikroprocesora pamatnes – ierobežo elektrisko lauku krustojumu, kad elektroni plūsmojas tuvējos tranzistoros. Ideja ir izmantot elektronu, nevis elektronu plūsmu, kas var pārvietoties "individuālā" laika grafikā, un tādējādi nerada "rindas", tādējādi samazinot traucējumu intensitāti.

Ja paskatās uz to, elektronu plūsmas vispār nav vajadzīgas – varat nosūtīt patvaļīgu nelielu signālu kontroles pārsūtīšanai, problēma ir to droši izolēt (atklāt).Un izrādās, ka viena elektronu detektēšana ir tehniski iespējama – šim nolūkam tiek izmantots tunelis, kas ir atsevišķs notikums katram elektronam, atšķirībā no parastā "kopējā masa" elektronu kustības – pusvadītāju strāva ir kolektīvs process. No elektronikas viedokļa tunelīte ir maksas pārnešana caur kondensatoru, tādēļ lauka efekta tranzistorā, kurā kondensators atrodas pie ieejas, vienu elektronu var "aizķert" ar pastiprinātā signāla svārstību frekvenci. Tomēr tas bija iespējams izolēt šo signālu tradicionālajās ierīcēs tikai kriogēnās temperatūrās – temperatūras paaugstināšanās iznīcināja signāla atklāšanas nosacījumus. Taču efekta izmiršanas temperatūra izrādījās apgriezti proporcionāla kontakta laukumam, un 2001. gadā tika izgatavots pirmais vien-elektronu tranzistors uz nanotubu, kurā kontakts bija tik mazs, ka tas ļāva mums strādāt istabas temperatūrā!

Šajā sakarā vienfrekvenču spektrs atkārto pusvadītāju heterolazētāju pētnieku ceļu – Alfērovs grupa cīnījās, lai atrastu materiālu, kas nodrošinātu lādēšanas efektu istabas temperatūrā, nevis pie šķidrā slāpekļa temperatūras.Taču supravadītāji, ar kuriem vislielākās cerības ir saistītas ar lielu elektronu plūsmu (jaudas strāvu) pārraidi, vēl nav spējuši "izvilkt" no kriogēnās temperatūras. Tas ne tikai būtiski palēnina iespēju samazināt zaudējumus enerģijas pārraidē lielos attālumos – ir labi zināms, ka enerģijas plūsmu novirzīšana caur Krieviju dienas laikā rada 30% zudumus "apkures vadiem" – telpu supravadītāju trūkums ierobežo uzglabāšanu enerģija supravadošos gredzenos, kur strāvas kustība var ilgt gandrīz visu mūžu. Nepietiekams, bet šādu gredzenu veidošanas ideāls ir parasts atoms, kur elektronu ap ap kodolu dažkārt ir stabils augstākajā temperatūrā un var ilgt uz nenoteiktu laiku.

Turpmākās materiālu zinātnes attīstības perspektīvas ir ļoti dažādas. Turklāt, veidojot materiālu zinātni, parādījās reāla saules enerģijas tiešas izmantošanas iespēja, kas pavērtu milzīgas atjaunojamās enerģijas perspektīvas. Dažreiz tieši šīs darba vietas nosaka sabiedrības nākotnes sekas (Tatarstānā un Čuvašijā tās jau plāno "zaļo revolūciju" un nopietni attīsta bioekonomiku veidošanu).Varbūt šī virziena nākotne ir solis no materiālu tehnikas izstrādes līdz paša dabas funkcionēšanas principu izpratnei, lai paņemtu vadīto fotosintēzes ceļu, ko cilvēka sabiedrībā var izplatīt tikpat plaši kā dzīvajā dabā. Mēs jau runājam par dzīvās dabas elementu šūnu – šūnu, un tā ir nākamā, augstākā attīstības stadija pēc elektronikas, ar ideoloģiju radīt ierīces, lai veiktu jebkuru funkciju – strāvu kontrolējošu tranzistoru, LED vai lāzeru, kas kontrolē gaismu. Šūnas ideoloģija ir operatoru ideoloģija kā elementāras ierīces, kas veic noteiktu ciklu. Šūnas kalpo nevis kā izolēts elements, lai veiktu kādu funkciju uz ārējās enerģijas rēķina, bet gan kopumā rūpnīcu, kas apstrādā pieejamo ārējo enerģiju darbā, kas uztur dažādu procesu ciklus vienā aploksnē. Šūnu darbs, lai saglabātu savu homeostāzi un enerģijas uzkrāšanos ATP formā, ir aizraujoša mūsdienu zinātnes problēma. Līdz šim biotehnologi var tikai sapņot izveidot mākslīgu ierīci ar šūnu īpašībām, kas piemērotas izmantošanai mikroelektronikā.Un, kad tas notiks, neapšaubāmi sāksies jauna laikmeta mikroelektronika – laikmets, kas tuvojas dzīves organismu darba principiem, ilgstošais zinātniskās fantastikas sapnis un ilgstoša bionika zinātne, kas joprojām nav no biofizikas šūpoles.

Cerams, ka Skolkovas zinātnes inovāciju centra izveide spēs realizēt kaut ko līdzīgu "satelīta efektam" – radīt jaunas izrāvienu jomas, radīt jaunus materiālus un elektronikas tehnoloģijas.

Mēs vēlam veiksmi Zhoresam Alfierovam kā šīs jaunās zinātniskās un tehnoloģiskās aglomerācijas vadītājam. Es gribētu cerēt, ka viņa enerģija un neatlaidība būs šā uzņēmuma panākumu atslēga.

Visa dzīves zinātne

Zinātnieki par Alferovu

Alan Heeger Nobela prēmija ķīmijā (ASV): Nobela prēmijas laureāts ir ne tikai goda nosaukums, bet arī zināms statuss, ar kuru cilvēks iegūst iespēju tikt uzklausītam. Viņa viedokli paļaujas gan augstāko aprindu, gan parasto iedzīvotāju vidū. Zinātnieka pienākums ir izglītot iedzīvotājus, nevis radīt vienīgi atdzimšanu. Zhores Alferovs to dara savā valstī. Un tas ir viņa lielais nopelns.

Zemes resursi beigsies.Krievijai tas vēl nav tik acīmredzams kā citām valstīm, kuras jau ir saskārušās ar krīzi. Un mums ir vajadzīgi alternatīvi enerģijas avoti. Lielākā daļa parasto cilvēku uztver šos vārdus kā dažus šausmu stāstus no zinātniekiem. Ja viņi uzklausa viņus, viņi domā, ka problēma viņus neietekmēs, bet daudzās paaudzēs pārplīsīs planētu. Lai paustu domu, ka tas tā nav, tikai zinātnieki to var izdarīt. Rudenī Zorē Ivanoviča uzaicināja uz Pēterburgu. Šī ir jau ceturtā Nobela prēmijas laureātu sanāksme, un tā ir jaures Alferova nopelns. Viņš ir milzīgs darbs, lai uzturētu un veicinātu zinātni savā valstī.

Ivans Iogolevičs Čeļabinskas fizikas mācībspēks, Čeļabinskas likumdošanas asamblejas vietnieks: Zhores Ivanovich strādā pie pusvadītāju heterostruktūru un ātru opto- un mikroelektronisko komponentu izveidošanas. Viss, kas mums šodien ir datortehnoloģiju jomā, lielā mērā nosaka šis atklājums. To lieto datorzinātnēs un daudzējādā ziņā nosaka mūsdienu datortehnoloģiju attīstību. Neskatoties uz to, ka tas tika veikts diezgan sen, 70. gadu sākumā Nobela prēmija par to tika piešķirta tikai 2000. gadā, acīmredzot tāpēc, ka sabiedrība tikai tagad saprata tā nozīmi.

Zhores Ivanovičs ir dibinātājs, kas atbalsta fiziskās un matemātiskās skolas Sanktpēterburgā. Šī nostāja man ir ļoti pievilcīga, jo zinātnieks domā par jauniešiem, kuri nākotnē var nākt klajā ar zinātni.

Jebkura valsts lepojas ar tās laureātiem. Valsts drošību nosaka arī realizētais intelektuālais potenciāls.


* Aizliegtā zona ir enerģijas vērtību diapazons, ko elektronam nevar būt ideālā (bez defektiem) kristāla. Paraugu intervāla raksturlīknes pusvadītājos ir 0,1-4 eV. Piemaisījumi var radīt lentes aizliegtajā zonā – ir daudzzonu.


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: