?.pdf Двадцатое столетие в науке было веком физики, развитие которой привело к достижению ряда вершин человеческого разума. Нобелевский лауреат Ж.И. Алферов [1] отмечает три открытия ХХ века, определивших на долгие годы развитие науки и техники: искусственное деление урана, транзисторы, лазеры. Среди них наиболее значимым для развития человечества является создание транзистора на полупроводниках и последовавшее за этим создание и развитие микро- и оптоэлектроники - основы современной техники связи и информатики.Колыбелью новых физических направлений в нашей стране был Ленинградский физико-технический институт, созданный в 1918 г. по инициативе А.Ф. Иоффе (ныне ФТИ им. А.Ф. Иоффе). Именно ЛФТИ был инициатором создания ряда физико-технических институтов на территории СССР, в том числе Сибирского физико-технического института (1928) в Томске, носящего теперь имя своего организатора академика В.Д. Кузнецова. Исследования по физике полупроводников проводились в ЛФТИ и СФТИ в 20-е и 30-е гг. ХХ века. Однако уровень технологии еще не позволял полностью реализовать технические возможности полупроводников. Основные усилия ученых в эти годы были направлены на исследование механизмов электропроводности в полупроводниках и диэлектриках. Было открыто явление электронно-дырочной проводимости в полупроводниках (ЛФТИ, Я.И. Френкель). В СФТИ (В.М. Кудрявцева) изучали люминесценцию и оптические свойства широкозонных полупроводников («кристаллофосфоров» - по терминологии того времени), создавалась теория электронных состояний в твердых телах.На принципиально новый уровень исследования в области полупроводников вышли после изобретения транзистора (1947), гетероперехода, светоизлучающе-го диода и интегральной схемы (1960-е).Стало очевидным, что полупроводники - это особый класс материалов, свойства которых могут быть полностью реализованы только при условии создания технологий нового уровня (hight tech - высокие технологии). Уже в начале 1950-х гг. были разработаны технологии получения высокочистых германия и кремния в форме монокристаллов, и почти сразу же начались исследования сложных полупроводников.Анализируя зависимости свойств материалов от их структуры, А.Ф. Иоффе высказал гипотезу об определяющем влиянии ближнего порядка (то есть типа химической связи ) на свойства твердых тел. Посколькуидеальными полупроводниками являются кристаллы с ковалентным типом сил связи (кремний, германий), то их аналоги сложного состава с алмазоподобной структурой также должны быть полупроводниками. К таким веществам, в первую очередь, следовало отнести соединения 3-й и 5-й групп таблицы Д.И. Менделеева, общая формула которых А3В5.Во многих странах мира начались работы по синтезу и кристаллизации этих вещества. В СССР работы по синтезу сложных полупроводников были начаты Н.А. Горюновой в ЛФТИ. Под ее руководством и при ее непосредственном участии были синтезированы многие из бинарных полупроводников А3В5, в том числе и арсенид галлия - прямой аналог самого популярного в те годы полупроводника - германия. Позднее работы по поиску алмазоподобных полупроводников были продолжены и были синтезированы их тройные (трехкомпонентные) аналоги.Г^ЗР| #9fcВиктор Алексеевич ПресновЗа решением проблемы выращивания монокристаллов сложных полупроводников Н.А. Горюнова обращалась в ряд организаций, в том числе и в лабораторию полупроводников СФТИ. Это краткое сотрудничество в значительной мере способствовало тому, что в СФТИ начались активные работы по синтезу и кристаллизации GaAs, а в последующем - тройных полупроводниковых соединений. Установились постоянные контакты с отделом полупроводников ЛФТИ.3Первые монокристаллы GaAs были выращены практически одновременно в ЛФТИ (Ю.М. Бурдуков,лаборатория Д.Н. Наследовав в СФТИ (А.П. Изергин, лаборатория В.А. Преснова), в НИИ 311 (лаб. Н.И. Малышева).Один из первых монокристаллов арсенида галлия, выращенный в группе А.П. Изерги-на (примерно 1958 г.)Арсенид галлия считается наиболее перспективным материалом современной микро- и оптоэлектроники. По значимости он занимает второе место после кремния в ряду полупроводниковых материалов. GaAs стал основным материалом, на котором сотрудники лаборатории полупроводников СФТИ проводили исследования по целому ряду научных и научно-технических направлений. Эти исследования продолжаются и в настоящее время.Первый этап развития полупроводникового направления в Томске был отмечен открытием лаборатории полупроводников в СФТИ, которое состоялось в 1954 г. и стало возможным благодаря удачному стечению ряда обстоятельств.Во-первых, в Томске существовала одна из сильнейших школ по физике диэлектриков, созданная К.А. Водопьяновым, А.А. Воробьевым и A.M. Венде-ровичем. Специалистами этой школы в течение многих лет изучалась взаимозависимость диэлектрических свойств материалов, их состава и структуры. Лабораторией электрофизики и кафедрой диэлектриков заведовал доц. (затем проф., д.ф. -м.н) К.А. Водопьянов.Во-вторых, в лаборатории электрофизики в конце 1940-х - начале 50-х гг. под руководством В.А. Преснова были начаты исследования влияния технологических факторов на структуру и свойства радиокерамики и спаев ее с металлами. Исследования возникли в связи с организацией выпуска металлокерамических радиоламп на Новосибирском радиотехническом заводе. Главный технолог завода Ю.Б. Новодворский организовал работы по созданию на базе сибирского сырья стеатитовой радиокерамики. В последующем за разработку технологии радиокерамики он был удостоен Сталинской премии. Задача, поставленная Ю.Б. Новодворским перед томичами, состояла в исследовании электрофизических свойств керамики (К.А. Водопьянов, А.П. Вяткин, В.Н. Вертопрахов) и разработке физико-химических основ процесса формирования спая керамики и металла (В .А. Преснов, М.П. Якубеня, Л.Г. Лаврентьева). Работа завершилась промышленным выпуском высококачественных СВЧ-радиоламп. Эти разработки имели известность среди специалистов [2].В 1951 г. директор СФТИ В.Д. Кузнецов получил правительственную телеграмму, в которой институту предписывалось принять участие в выполнении рабо-ты правительственного уровня в г. Красноярске. Необходимо было создать керамический нагреватель большой мощности для выплавки стали по новой технологии. Для этого нужно было разработать технологию получения надежного спая металлического токо-подвода с керамическим нагревателем. Работа выполнялась группой сотрудников СФТИ, в состав которой входили В.А. Преснов, А.П. Вяткин, А.П. Изергин, и была успешно завершена в течение двух лет. Изучение свойств токопроводящей керамики показало, что, несмотря на весьма сложный состав, она является типичным полупроводником. В итоге работы родилась идея заняться изучением свойств полупроводников, прежде всего полупроводников сложного состава с тем, чтобы понять взаимосвязь между составом, структурой и свойствами для таких материалов. Так в 1953 г. под руководством В.А. Преснова начались целенаправленные исследования полупроводниковых материалов в СФТИ. Вплоть до 1960 г. эти работы велись параллельно с работами по диэлектрикам.В 1954 г. при активной научно-организационной поддержке дирекции СФТИ (М.А. Кривов) была открыта лаборатория полупроводников (приказ №95 от 14 сентября 1954 г.), в состав которой перешли ведущие сотрудники лаборатории электрофизики (М.А. Кривов, А.П. Изергин, А.П. Вяткин, С.С. Ногина, А.Г. Григорьева и др.). Появились молодые специалисты, выпускники кафедры полупроводников и диэлектриков вновь организованного РФФ ТГУ (Е.В. Малисова), первые дипломники этой кафедры (В.А. Селиванова, Т.С. Засыпкина), первые аспиранты по новой тематике (Т.С. Засыпкина и В.Ф. Сыноров). Научная задача В.Ф. Сынорова состояла в получении методом Векшинского тонких пленок полупроводников А3В5 (AlSb, GaSb, InSb). Синтез пленок прошел успешно, и защита диссертации состоялась в 1956 г. В 1962 г. В.Ф. Сыноров уехал в Воронеж, позднее стал заведующим кафедрой физики полупроводников Воронежского госуниверситета, засл. деятелем науки СССР.В эти же годы на радиофизическом факультете ТГУ начинается подготовка специалистов по физике полупроводников. Специализация по физике полупроводников была открыта на базе кафедры физики диэлектриков в 1951 г. В 1956 г. в связи с отъездом заведующего кафедрой профессора К.А. Водопьянова в г. Горький кафедра физики диэлектриков была закрыта. Специализация по физике полупроводников сохранилась, была присоединена к кафедре электромагнитных колебаний, а в 1957 г. преобразована в кафедру полупроводников и диэлектриков. Кафедру возглавил В.А. Преснов, а первыми штатными сотрудниками стали его бывшие аспиранты В.Ф. Сыноров и Л.Г. Лаврентьева. В проведении занятий на кафедре активно участвовали сотрудники лаборатории полупроводников (М.А. Кривов, А.П. Изергин, А.П. Вяткин, М.П. Якубеня, Е.В. Малисова, К.С. Иванов) и лаборатории теоретической физики (В.А. Чалдышев). Лабораторные работы по спецпредметам проводились на оборудовании лаборатории полупроводников. Учебный план кафедры был составлен с учетом новых тенденций в развитии физики полупроводников. Он включал предметы по электронике полупроводников (физикаполупроводников, физика полупроводниковых приборов, физика поверхности, теория полупроводников) и по материаловедению полупроводников (физическая химия полупроводников, кристаллография и кристаллохимия, рентгено-структурный анализ, основы технологии полупроводников).MA.С самого начала работ по полупроводникам В.А. Преснов ставил задачу организовать коллектив, способный решать серьезные научные и практические задачи на уровне ведущих коллективов страны. В лаборатории формируются группы по основным научным направлениям: технологии выращивания монокристаллов полупроводников (группа А.П. Изергина), изучению физических свойств полупроводников (группа М.А. Кривова), физике полупроводниковых приборов (группа А.П. Вяткина), исследованию структуры полупроводников (группа М.П. Якубеня) и полупроводниковых пленок (группа Л.Г. Лаврентьевой). В последующем (1973) на базе этих групп сформировались лаборатории отдела физики полупроводников. В.А. Преснов заинтересовал новым делом и другие коллективы. К исследованию полупроводников подключились кафедра аналитической химии химфака ТГУ (заведующий кафедрой Г.А. Катаев), где разрабатывали методы химического анализа полупроводников (З.И. Отмахова) и методы защиты поверхности полупроводников (И.И. Отмахов), и лаборатория теоретической физики СФТИ (заведующий В.А. Чалдышев), где начались работы по расчету структуры энергетических зон сложных полупроводников. Образовались рабочие контакты с лабораторией электроники СФТИ (В.Н. Детинко) и кристаллографии ТГУ (С.А. Строителев). Начал работать семинар по физике полупроводников, направленный на повышение квалификации сотрудников. Наряду с обычными докладами по конкретным работам и реферированием опубликованных статей, на семинаре читались лекции по электронной теории твердого тела (В.А. Чалдышев), по физике полупроводников (В.А. Преснов, М.А. Кривов), по физике полупроводниковых приборов (А.П. Вяткин), по методам кристаллизиции из расплава (А.П. Изергин), по кристаллографии (С.А. Строителев), по диаграммам состояния (Ф.И. Терпугов, ХФ ТГУ), по физической химии (Г.А. Катаев, ХФ ТГУ) и др. Студенты кафедры не только пополняли коллектив новыми молодыми кадрами, но принимали активное участие в выполнении исследований по новой тематике.Постепенно создавалась технологическая база для очистки веществ, для выращивания полупроводниковых кристаллов и пленок, для создания сплавных контактов металл - полупроводник, для химического анализа высокочистых веществ и т.д. Поскольку работать приходилось с вредными веществами (мышьяком и его производными), проблеме техники безопасности уделялось серьезное внимание. Тем не менее полностью избежать случаев разрушения кварцевых технологических систем не удавалось. Время от вре-Кривов, Л.Г. Лаврентьева и А.П. Вяткин в лаборатории полупроводников СФТИ, 1970 г.мени ампулы взрывались, но находчивость и быстрота реакции А.П. Изергина позволяли быстро локализовать аварийную ситуацию, не допустить существенной утечки вредных веществ.На первом этапе (1950 - 60-е) в лаборатории полупроводников СФТИ и сотрудничавших с нею коллективах по инициативе и при непосредственном участии В.А. Преснова был выполнен ряд приоритетных разработок:1))создана технология синтеза и выращивания монокристаллов GaAs (группа А.П. Изергина: В.А. Селиванова, Ю. Павленко, А.Г. Григорьева, СП. Темных);2))разработаны технологии очистки мышьяка и химического анализа высокочистых веществ (А.П. Изергин, СВ. Малянов, С.А. Строителев, Г.А. Катаев, З.И. Отмахова);3))создана технология выращивания эпитаксиаль-ных слоев GaAs (В.А. Преснов, Л.Г. Лаврентьева, М.Д. Вилисова, B.C. Мурашко);4))поставлены технологии изготовления сплавных (А.П. Вяткин, А.П. Васильев, У.М. Кулиш), точечных (А.П. Вяткин, СИ. Новотный, А.А. Вилисов), диффузионных (А.П. Вяткин, С.С. Хлудков, СВ. Машнин, Т.Т. Лаврищев) GaAs-диодов;5))поставлены методы оценки структурного совершенства монокристаллического и эпитаксиального GaAs (Б .Г. Захаров, М.П. Якубеня, О.М. Ивлева);6))разработаны методы применения теории нагруженных копредставлений групп симметрии к расчету энергетического спектра электронов в сложных алма-зоподобных полупроводниках (В.А. Чалдышев, А.С. Поплавной). Экспериментальные работы выполнялись по заказам оборонных предприятий Москвы и Ленинграда. Заказчиками теоретических расчетов выступали академические институты, в том числе ФТИ им. А.Ф. Иоффе.Финансирование работ велось частично за счет госбюджета, но, главным образом, за счет хоздоговоров с предприятиями Москвы и Ленинграда. Так, например, разработка технологии выращивания монокристаллов выполнялась для НИИ 311 и Гиредмета, который в это время только начинал включаться в по-5лупроводниковую тематику. Разработанный А.П. Изер-гиным метод создания квазизамкнутого объема в кристаллизационной установке (так называемый «мышьяковый затвор») прошел успешные испытания у заказчика и получил авторское свидетельство. Разработка технологии изготовления диодов на основе ар-сенида галлия проводилась для московских предприятий НИИ 35 и НИИ 311, выпускавших полупроводниковые приборы для оборонной промышленности. Работы по эпитаксии полупроводников возникли и стали развиваться после встречи В.А. Преснова с генеральным конструктором и директором Ленинградского КБ Ф.Г. Старосом (прибывшим в СССР из США), разработчиком малогабаритных цифровых вычислительных машин. Таким образом, наши специалисты работали в связке с ведущими научно-производственными фирмами.Работы по новому направлению активно поддерживались Минвузом РСФСР. Увеличивался набор студентов, открывались специальные кафедры и проблемные научно-исследовательские лаборатории в вузах. В 1957 г. в ТГУ были открыты проблемные лаборатории физики полупроводников (на РФФ) и химии полупроводников (на ХФ). В Минвузе РСФСР был создан Научный совет по микроэлектронике, в задачи которого входил контроль за подготовкой кадров по микроэлектронике и за тематическим госбюджетным финансированием наиболее актуальных задач в этом научном направлении. Головными вузовскими центрами работ по микроэлектронике были ОКБ МЭИ (руководитель А.Ф. Богомолов, а позднее К.К. Морозов) и Таганрогский радиотехнический институт с производственной базой на заводе электротехнического оборудования (ТЗЭТО). Председателем Совета по микроэлектронике в течение многих лет был Л.Н. Колесов (ТРИ, Таганрог). Позднее Совет перешел в подчинение Минвуза СССР, председателем совета был назначен И.П. Степаненко (МИФИ, Москва), а позднее К.К. Морозов (МЭИ). Томский госуниверситет в этом совете представляли вначале В.А. Пре-снов, а затем А.П. Вяткин.В это же время были созданы несколько научных советов АН СССР. Среди них Научный совет по физико-химическим основам материаловедения полупроводников, председателем которого была профессор МГУ А.В. Новоселова. Совет имел Сибирскую секцию, председателем которой был Ф.А. Кузнецов (зав. отделом технологии микроэлектроники Института неорганической химии СО АН СССР), а его заместителем - А.П. Вяткин. В состав Совета входил ряд томичей: А.Г. Стромберг (ТПИ), Г.А. Катаев (ТГУ), А.П. Вяткин, Л.Г. Лаврентьева (СФТИ). Данный Совет существует и в настоящее время, функцию председателя выполняет акад. Ф.А. Кузнецов, одним из членов Совета является Л.Г. Лаврентьева.Лаборатория полупроводников СФТИ приобретала авторитет, ее доклады были представлены на всех научных конференциях по полупроводникам. Оценка уровня и значимости работ, выполнявшихся в Томске, проявилась и в том, что Томскому госуниверситету было поручено организовать Всесоюзную научную конференцию по физике поверхностных и контактных явлений в полупроводниках. Она состоялась в Томске6в сентябре 1962 г. при активном участии специалистов из Москвы, Ленинграда, Киева, Кишинева, Саратова, Новосибирска и других городов. Конференция открывалась докладом В.А. Преснова «Роль поверхностных и контактных явлений в работе полупроводниковых приборов». В трудах конференции [3] опубликовано 54 доклада, что соответствовало уровню лучших всесоюзных конференций тех лет.Вопреки существовавшей тогда общей тенденции, выражавшейся в постепенном переходе от германия к кремнию, а затем уже к более сложным полупроводникам, коллектив томских исследователей сразу стал осваивать арсенид галлия. Этот новый, тогда еще совершенно неизученный материал обещал быть интересным [4], что начало подтверждаться уже в первых работах по изучению его свойств [5]. На конференции по поверхностным и контактным явлениям томичи представили ряд докладов по арсениду галлия.В 60-е гг. интерес к GaAs возрос настолько, что начали проводиться международные научные конференции по арсениду галлия (1-я в 1966, 2-я в 1968) [6]. С учетом специализации томской науки В.А. Преснов предложил организовать в Томске в 1965 г. всесоюзную конференцию по арсениду галлия. Предложение получило поддержку в ТГУ, Минвузе РСФСР, в АН СССР, и в сентябре 1965 г. в Томске было проведено 1-е научное совещание (Всесоюзная конференция) по исследованию арсенида галлия и опубликованы его труды [7]. Всего было организовано восемь таких конференций-совещаний (1965, 1968, 1974, 1978, 1982, 1987, 1999, 2002). Конференции проходили с участием ведущих специалистов вузов, академических и отраслевых институтов из многих городов СССР. Сравнение трудов томских и международных конференций по арсениду галлия показывает, что тематика и уровень исследований были достаточно близкими. Несмотря на наличие барьера, существовало негласное соревнование двух систем, на первом этапе вполне успешное. Лишь в 70-х гг. разрыв между уровнем работ «у нас» и «у них» начинает увеличиваться. В первую очередь, это было вызвано недостаточным финансированием работ «у нас».Отметим, что на первых порах при выполнении работ по арсениду галлия была определенная конкуренция и какая-то взаимная настороженность ленинградского и томского полупроводниковых коллективов и их лидеров Д.Н. Наследова и В.А. Преснова. Эта ситуация в корне изменилась после такого эпизода. На конференции по р - и-переходам в Ташкенте (1961), организованной Д.Н. Наследовым, состоялось два доклада, представленных учениками Д.Н. Наследова и В.А. Преснова - Б.В. Царенковым и А.П. Вят-киным. Доклады прошли хорошо и отчетливо показали, что работы, проводимые в этих коллективах, взаимно дополняют друг друга. Завязалась многолетняя дружба. Томичи стали частыми гостями в лаборатории Д.Н. Наследова, а ленинградцы - постоянными участниками конференций по арсениду галлия в Томске. Так, на одной из томских конференций обзорный доклад по гетеропереходам делал Ж.И. Алферов - будущий лауреат Нобелевской премии по этому научному направлению. ■:..MiftPtAiiM^ йшн?" '".'■■■'■■■''' ( ■ - ' '■'■ ^ ^ m ш

Скачать электронную версию публикации