Москва, 25.09.2016

Изобретение инженера Лосева

Наука и технологии Благодаря забытому ныне физику Олегу Лосеву у СССР был шанс создать полупроводниковые технологии намного раньше, чем США
  1. Запутались
    В своем стремлении ограничить полномочия Центрального банка депутаты утвердили законопроект, главы которого противоречат друг другу, Конституции и здравому смыслу
  2. Иные проблемы
    Законодательство о Банке России действительно нуждается в изменении. Но необходимая модернизация должна быть гораздо шире той, что обсуждается сейчас в Государственной думе


Статья доступна только подписчикам журнала

Купив подписку на ONLINE-версию журнала, вы получите доступ ко всем архивным материалам журнала «Эксперт»
240 месяц
Подпишитесь, чтобы иметь полный доступ к материалам журнала «Эксперт»
Expert.ru Доступ к закрытым материалам на сайте Expert.ru
Журнал + Expert.ru Доступ к закрытым материалам на сайте Expert.ru + доставка печатной версии
Журнал «Эксперт» Доставка печатной версии журнала
Уже оформили подписку? Авторизируйтесь
* Без регистрации вы сможете читать статью только на том устройстве, и в том браузере,
с которого была произведена оплата. Чтобы иметь доступ с любого устройства создайте аккаунт

В списке государств - лидеров в области полупроводниковых технологий Россия не значится. Направив основные финансовые и человеческие ресурсы на создание космической техники и разработку атомного оружия, руководители советского государства не сумели своевременно "откорректировать" научный бюджет таким образом, чтобы он пришел в соответствие с быстро менявшимися реалиями НТР.

Между тем анализ истории науки однозначно свидетельствует в пользу того, что при более удачном стечении обстоятельств у Советского Союза были отличные шансы опередить остальной мир в этой технологической гонке. В этом году исполнилось восемьдесят лет со дня создания первого в мире полупроводникового прибора, усиливавшего и генерировавшего электромагнитные колебания. Автором этого важнейшего изобретения был наш соотечественник, девятнадцатилетний сотрудник Нижегородской радиолаборатории Олег Владимирович Лосев. Его многочисленные открытия намного опередили время и, как это, к сожалению, часто случалось в истории науки, были практически забыты к моменту начала бурного развития полупроводниковой электроники.

Пересмотр приоритетов

Летом 2001 года два менеджера американской компании Intel попросили одного из авторов этой статьи составить неформальный список российских ученых, внесших значительный вклад в развитие физики и технологии полупроводников. Составляя список, мы включили в него и Олега Лосева, упомянув, что "О. В. Лосев был одним из пионеров применения полупроводников в практических радиоэлектронных устройствах в начале 20-х годов XX века".

К стыду своему, все, что мы знали тогда о О. В. Лосеве, было подчерпнуто из кратких упоминаний в предисловиях к некоторым отечественным техническим изданиям, преимущественно 50-х годов. Эти упоминания касались в основном демонстрации Лосевым усиления и генерации радиочастотных колебаний с помощью разновидности кристаллического детектора - кристадина. При этом физический принцип действия прибора не описывался. В ответ на запрос Intel мы написали буквально следующее: "Лосев О. В. продемонстрировал первый полупроводниковый трехконтактный усилитель". Реакция коллег из Intel была неожиданной. Кроме обычной в таких случаях благодарности они задали вопрос, в котором содержался неподдельный интерес: если О. Лосев создал первый трехтерминальный полупроводниковый прибор в 20-х годах, то получается, что он создатель первого в мире транзистора, за который Джон Бардин, Уолтер Брэттэн и Уильям Шокли получили Нобелевскую премию в 1956 году.

Просмотрев еще раз информацию о Лосеве в американском учебнике, мы нашли, что его прибор был двухконтактным, а ошибочное утверждение о трехконтактном приборе возникло из-за того, что стандартные электронные усилительные приборы (такие как транзисторы) имеют три контакта, поэтому мы отождествили усилительный прибор с трехконтактным. Тогда как же работал на самом деле усилитель Лосева? Один из авторов статьи вспомнил о двухконтактном приборе, который может усиливать электрический сигнал. Это - туннельный диод, имеющи

Электроны и дырки

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами (диэлектриками). При низкой температуре большинство внешних электронов в полупроводнике "сидит" в атомах на своих местах. Но связаны они с атомами слабее, чем в изоляторе. Причем при росте температуры сопротивление полупроводников падает, то есть полупроводник при нагревании не уменьшает свою электропроводность, как металл, а, наоборот, увеличивает ее. Иначе говоря, в полупроводнике увеличивается количество свободных электронов, способных переносить электрический ток.

При подведении энергии (теплоты или света) в кристаллических решетках полупроводников часть электронов "убегает" из верхних атомных оболочек, при этом образуется положительный заряд. То место, где в решетке не хватает электрона, называют "дыркой".

Под действием электрического напряжения электроны дрейфуют к одному электроду (положительному полюсу), а дырки - к другому (отрицательному), причем их место тут же занимают свободные электроны. Закономерности движения дырок таковы, что этим "пустым местам" физики условно приписывают и заряд (равный заряду электрона, но положительный), и "эффективную массу".

В чистом полупроводнике, проводимость которого обусловлена тепловым возбуждением, одинаковое число электронов и дырок движется в противоположных направлениях. Если добавлять в полупроводник атомы других элементов, его проводимость можно существенно увеличить. При введении легирующих примесей в различные части кристаллической решетки полупроводника возникает так называемая примесная проводимость (в отличие от собственной проводимости), которая, в зависимости от валентности легирующих элементов, называется либо электронной (проводимостью n-типа), либо дырочной (p-типа).

В одном и том же образце полупроводникового материала один участок может обладать р-проводимостью, а другой - n-проводимостью. Между такими областями возникает пограничный слой, через который диффундируют основные носители (электроны или дырки), стремясь уравнять значения концентрации по обе стороны от слоя. На образующийся в этом слое p-n-переход можно воздействовать внешним напряжением, усиливая или, наоборот, "запирая" ток, проходящий через кристалл, - на основании этого принципа работают диоды и транзисторы. При положительной полярности внешнего напряжения (плюс - к p-зоне, минус - к n-зоне) барьер в p-n-переходе понижается, и происходит "перескакивание" (рекомбинирование) электронов и дырок в противоположные зоны, в результате чего выделяется энергия.

Сначала полупроводниковые приборы были только "гомопереходными" (как в случае с первым транзистором) - p-n-переход происходил внутри кристалла одного химического вещества. Но почти сразу появилась и идея гетероустройств, в которых такой переход образуется на стыке двух различных полупроводников. Реализация этой идеи позволила создать более миниатюрные приборы с большей эффективностью и функциональностью (так, первые в мире "гомопереходные" полупроводниковые светодиоды, а затем и лазеры могли работать только при температуре жидкого азота, а появившиеся позже гетеропереходные функционируют и при комнатной температуре).

Во многих полупроводниковых материалах, таких как арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP) и фосфид индия (InP), электроны и дырки рекомбинируют друг с другом в области p-n-перехода, излучая свет. Первым явление свечения полупроводниковых материалов открыл в 1927 году сотрудник Нижегородской радиолаборатории Олег Лосев, пропуская ток через кристалл полупрозрачного карборунда. Однако серьезное практическое применение его открытию удалось найти лишь в 60-70-е годы, после обнаружения эффективной люминесценции полупроводниковых соединений типа фосфида и арсенида галлия и их твердых растворов. В итоге на их основе были созданы светодиоды и таким образом заложен фундамент новой отрасли техники - оптоэлектроники.

Ирик Имамутдинов, Тигран Оганесян