Алферов Жорес Иванович(1930)

«Бороться и искать, найти и не сдаваться»...

Эти слова из книги В. Каверина «Два капитана» по праву можно считать жизненным девизом Жореса Ивановича Алферова – российского ученого-физика, лауреата Нобелевской премии 2000 г., политического деятеля, педагога.

Ж. И. Алфёров родился в белорусском городе Витебске, после 1935 г. семья переехала на Урал. После окончания школы Жорес Алферов стал студентом факультета электронной техники (ФЭТ) Ленинградского электротехнического института (ЛЭТИ) имени В.И. Ульянова. На третьем курсе Ж.И. Алферов пошел работать в вакуумную лабораторию профессора Б.П. Козырева, где начал экспериментальную работу. С 1950 г. полупроводники стали главным делом его жизни.

В 1953 г. после окончания ЛЭТИ Ж.И. Алферов был принят на работу в Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (ФТИ), перед которым в 1950 г. была поставлена задача создания отечественных полупроводниковых приборов для внедрения в отечественную промышленность. При участии Ж.И. Алферова были разработаны первые отечественные транзисторы и силовые германиевые приборы. За комплекс проведенных работ в 1959 г. он получил первую правительственную награду, им была защищена кандидатская диссертация, подводившая черту под десятилетней работой.

Накопленный опыт позволял ему перейти к разработке собственной темы. В те годы была высказана идея использования в полупроводниковой технике гетеропереходов. Создание совершенных структур на их основе могло привести к качественному скачку в физике и технике. Открытие Ж.И. Алфёровым идеальных гетеропереходов и новых физических явлений – «суперинжекции», электронного и оптического ограничения в гетероструктурах – позволило также кардинально улучшить параметры большинства известных полупроводниковых приборов и создать принципиально новые, особенно перспективные для применения в оптической и квантовой электронике. Новый этап исследований гетеропереходов в полупроводниках Жорес Иванович обобщил в докторской диссертации, которую успешно защитил 1970 г.

В филиале Российского государственного архива научно-технической документации на постоянном хранении имеется около 70 заявочных материалов на изобретения Ж.И. Алферова за 1959-1981 годы, которые можно считать одними из самых плодотворных в изобретательской деятельности ученого. Почти на все заявки получены авторские свидетельства или патенты.

Одна из первых заявок датирована 3 августа 1959 г., когда младший научный сотрудник ФТИ Ж.И. Алферов совместно с заведующим лабораторией В.М. Тучкевичем подали в Комитет по делам изобретений и открытий при СМ СССР заявку «Покрытие (обслуживание) молибдена оловом, индием, свинцом, серебром и сплавами на их основе».¹ Комитет посчитал, что предложение не имеет преимуществ перед известным уже способом и 30 января 1960 г. вынес отрицательное решение по заявке, не приняв во внимание отзыв эксперта Зеликмана, который отмечал: «Указанный метод в литературе не описан, в сравнении с пайкой молибдена с помощью промежуточного электролитического никелирования более простой и может быть применен в практике мощного выпрямителестроения». ²

Ж.И. Алферов, В.М. Андреев и др. Устройство для изготовления многослойных гетероструктур.
Заявочные материалы на изобретения.1971 г. Схема. А.с 390600.
Филиал РГАНТД. Ф.Р-1. Оп.385-5. Д.491. Л.10

В основу технологических исследований Ж.И. Алферова были положены эпитаксиальные методы, позволяющие управлять такими фундаментальными параметрами полупроводника, как ширина запрещенной зоны, величина электронного сродства, эффективная масса носителей тока, показатель преломления и т.д. внутри единого монокристалла. В 1965 г. на совещании руководящего состава ФТИ был заслушан вопрос о предоставлении материалов научно-технических разработок Ж.И. Алферова в Государственный Комитет по делам изобретений и открытий при СМ СССР для выдачи авторского свидетельства на изобретение «Полупроводниковый выпрямитель на сверхвысокие плотности тока на основе p-i-n (p-n-n,n-p-p) структуры с разными ширинами запрещенных зон».³ Заместитель директора ФТИ имени А.Ф. Иоффе, доктор технических наук Б.А. Гаев в своем заключении на изобретение Ж.И. Алферова указывал: «Предложение автора является принципиально новым, а его осуществление должно дать крупный экономический эффект для народного хозяйства страны».⁴ Положительно отозвался на изобретение Ж.И. Алферова и научный сотрудник ФТИ, лауреат Ленинской премии Б.В. Царенков. ⁵

Несмотря на положительные отзывы ученых, эксперт Всесоюзного научно-исследовательского института государственной экспертизы «ВНИИГПЭ» вынес отрицательное решение по заявке Ж.И. Алферова, на что автор направил письмо-ответ начальнику отдела технической физики С.Н. Дедюкову: «К сожалению, эксперт, по-видимому, не до конца уяснил существо предлагаемого изобретения. Основная идея заключается в том, что предлагается принципиально новый полупроводниковый вентиль на сверхвысокие плотности тока, которые достигаются благодаря выводу практической всей мощности рассеиваемой вентилем в виде конкретного излучения в окружающее пространство. Естественно, что отдельные элементы предлагаемого изобретения базируются на известных физических принципах и экспериментальных фактах (иначе оно было бы не более как фантазией автора). Однако, нам не известно, чтобы кем-либо было сделано предложение аналогичное нашему, и Ваш ответ лишь подтверждает это».⁶

В 1974 г. Ж.И. Алферов совместно с В.М. Андреевым, Д.З. Гарбузвым и другими сотрудниками ФТИ направил в Государственный Комитет СМ СССР по делам изобретений и открытий заявку «Полупроводниковый лазер на основе гетеропереходов».⁷ В заключении о новизне технического решения, возможных областях его применения в народном хозяйстве и ожидаемом технико-экономическом или ином эффекте по заявке на выдачу авторского свидетельства заведующим патентным отделом ФТИ, кандидат технических наук Б.В. Черняев отмечал: «Предложенная конструкция лазера найдет широкое применение в производстве источников когерентного излучения, имеющих меньший пороговый уровень накачки, чем в известных конструкциях. Данное изобретение выполнено в обеспечении особо важных работ по оптической связи, проводимых в ФТИ по постановлению ЦК КПСС и СМ СССР. Предполагается внедрение данной конструкции и НИИ «Полюс» МЭП и в организации п/я Г-4468 (г. Саратов). Все это позволяет отнести данное изобретение к разряду особо важных работ, имеющих большое народно-хозяйственное значение. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной конструкции составляет более 300 тыс. рублей в год, при увеличении объема используемого изобретения – 500-600 тыс. рублей».⁸

Ж.И. Алферов, В.М. Андреев и др. Лазер с гетеропереходами в полупроводниках. Заявочные материалы на изобретения. 1976 г.
Фотографии сколов многослойных гетероструктур с локализацией области протекания тока и распространения света
Филиал РГАНТД. Ф.Р-1. Оп.337-5. Д.1071. Л.26

Авторам изобретения в 1978 г. было выдано авторское свидетельство, сведения о котором в открытой печати была запрещена.

Для идеального гетероперехода подходили сочетания галлий-мышьяк (GaAs)  и алюминий-мышьяк (AlAs), но последний почти мгновенно на воздухе окислялся. Ж.И. Алферовым с сотрудниками было подобрано идеальное сочетание веществ, широко известное теперь в мире микроэлектроники гетеропара галлий-мышьяк/алюминий-галий-мышьяк (GaAs/AIGaAs). Так был создан первый в мире полупроводниковый гетеролазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре.

Данное изобретение было оформлено в заявку «Излучающая структура» и подано в Государственный комитет СМ СССР по делам изобретений и открытий в 1976 г.⁹ Заведующий патентным отделом ФТИ, кандидат технических наук Б.В. Черняев в заключении о новизне и положительном эффекте данного изобретения отметил: «Предполагаемое изобретение позволят решить проблему создания высокоэффективных источников излучения, необходимых во многих областях науки и техники (связь, вычислительная техника, накачка твердотельных лазеров, оптроны и другие)».¹⁰

Авторам заявки было выдано авторское свидетельство, а технология данной структуры передана на освоение в ОКБ завода «Старт», где экономический эффект от внедрения данного изобретения в 1976 г. составил более 200 тыс. рублей в год, а в дальнейшее время – более 1 млн. рублей.¹¹

Работы Ж.И. Алфёрова были по заслугам оценены международной и отечественной наукой. В 1971 г. Франклиновский институт (США) присуждает ему престижную медаль Баллантайна, называемую «малой Нобелевской премией» и учрежденную для награждения за лучшие работы в области физики. Затем следуют самые высокие награды – Ленинская премия (1972), Государственная премия СССР (1984), Государственная премия РФ (2001). Ж.И. Алферов награжден орденами Ленина, Октябрьской Революции, Трудового Красного Знамени, «3a заслуги перед Отечеством» III и II степени, Знаком Почета, медалями СССР и Российской Федерации.

С использованием разработанной Ж.И. Алфёровым в 1970-х гг. технологии высокоэффективных, радиационностойких солнечных элементов на основе AIGaAs/GaAs гетероструктур в России (впервые в мире) было организовано крупномасштабное производство гетероструктурных солнечных элементов для космических батарей. Одна из них, установленная в 1986 г. на космической станции «Мир», проработала на орбите весь срок эксплуатации без существенного снижения мощности. Таким образом, исследования Ж.И. Алфёрова заложили основы принципиально новой электроники на основе гетероструктур с очень широким диапазоном применения, известной сегодня как «зонная инженерия».

Ж.И. Алферов, В.А. Мишурный и др. Способ получения полупроводниковых структур.
Заявочные материалы на изобретения. 1975 г. Схема. А.с. 668126
Филиал РГАНТД. Ф.Р-1. Оп.522-5. Д.1812. Л.14

Развитие физики и технологии полупроводниковых гетероструктур привело к значительным переменам в нашей повседневной жизни. Электронные устройства на основе гетероструктур широко используются во многих областях человеческой деятельности. Едва ли возможно вообразить нашу жизнь без телекоммуникационных систем, основанных на лазерах с двойной гетерострук­турой (ДГС), без гетероструктурных светодиодов и биполярных транзисторов, без малошумящих транзисторов с высокой подвижностью электронов (ВПЭТ), применяющихся в высокочастотных устройствах, в том числе в системах спутникового телевидения. Лазер с ДГС присутствует теперь фактически в каждом доме в проигрывателе компакт-дисков.

Заявочные материалы Ж.И. Алферова, имеющиеся на постоянном хранении в филиале РГАНТД, являются исторической и научной ценностью не только Российской Федерации, но и всей мировой науки. Архив гордиться тем, что является хранителем бесценных научных сокровищ, в создание и разработку которых Ж.И. Алферов вложил свои знания и научную мысль.