通信革命的先驱与诺贝尔物理学奖
通信革命的先驱与诺贝尔物理学奖
李宗红
(宝鸡文理学院物理系，陕西宝鸡721O O7D
摘要：简要介绍本世纪最后一次诺贝尔物理学奖获奖情况集成电路与异质结构的开发与研制，应用前景以及3位科学家的研究简历
香椿头关键词：诺贝尔物理奖G通信革命G集成电路G异质结构G若列斯阿尔费洛夫G赫伯特克勒默G杰好听的英文名字女
中图分类号:0471G04-O9文献标识码:E文章编号:1O O7-1261(2O O1D O1-O O77-O4 T h ep i o n e e r o f c o mm u n i c a t i o n r e v o l u t i o na n d t h e
N o b e l P r i z e i n P h y s i c s f o r2O O O
L I Z o n g-h o n g
初二物理下册公式(D e p t.P h y s.,B a o j i C o l l.A r t s S S c i.,B a o j i721O O7,S h a a n x i,C h i n a D
A b s t r a c t:T h e i n f o r m a t i o n(d e V e l o p m e n t a n da p p l i c a t i o n s o f i n t e g r a t e d c
i r c u i t s a n dh e t e r o s t r u c-t u r e,t h e b i o g r a p h i e s o f t h r e e s c i e n t i s t s a n d t h e i r s t u d i e s W o r k D o f t h e N o b e l P r i z e i n P h y s i c s f o r2O O O W a s i n t r o d u c e d i nb r i e f l y.
K e y w o r d s:t h e N o b e l P r i z e i n P h y s i c s G i n t e g r a t e d c i r c u i t s G h e t e r o s t r u c t u r e G Z h o r e s I.A l f e r o V G~e r-b e r t K r o e m e r G J a c k S.K i l b y
瑞典皇家科学院于2O O O年1O月1O日决定[1~3]，将2O O O年诺贝尔物理学奖授于俄罗斯圣
彼得堡(S t.P e t e r s b u r g D A F I o f f e物理技术研
究所的若列斯阿尔费洛夫(Z h o r e s I.A l f e r o V D 博士!美国加州大学圣巴巴拉(S a n t a B a r b a r a D分
校(简称"C S B D的赫伯特克勒默(~e r b e r t K r o e m e r D教授和美国得克萨斯(T e x a s D仪器公司(简称T I D的杰克基尔比(J a c k S.K i l b y D教授, 以表彰他们所从事的开拓性研究，尤其是他们所
发明的快速晶体管，激光二极管和集成电路(芯片D，为现代信息技术奠定了基础获得奖金额为创记录的9O O万瑞典克朗，即接近1O O万美元
他
们的研究工作促使计算技术从#马拉大车$般的晶体管阶段进入了赛车般的硅芯片阶段[4]
现代信息技术(I T D(包括电子计算机技术和远程通讯技术等D，在过去的2O年里，已经从根本上改变了我们的世界它可以提供来自地球任何地方的新闻和信息，通过电话，文传，和因特网，信息技术给人类带来了一种令人惊叹的连结感如今信息革命已经席卷了我们周
宝鸡文理学院学报<；自然科学版)21年78
作场所和家庭9这场革命的先驱就是2年诺贝
尔物理学奖的获得者G 微米集成电路设计技术的高地9使我国成为继美
国~日本之后少数几个在这一档级上掌握先进的集成电路设计技术的国家[8]G21世纪9微电子技
年终奖扣税标准2019术仍将以尺寸不断缩小的硅基C MO S工艺技术为主流9并以继续缩小器件的特征尺寸~系统集成
芯片的研制以及微电子与其它学科的结合诞生新的技术和产业增长点为主攻方向[9]G
早期的半导体是由同种材料<；硅或锗)的两个P N结组成的G到了2世纪6年代9阿尔费洛
夫和克勒默开始用半导体材料薄层做成的异质结构
研制更快的晶体管G异质结构半导体主要由很多不同带隙的薄层组成G异质结构晶体管频率可达6G h z9是最快的普通晶体管的1多倍9而且由这些元件组成的放大器噪音低G它的应用非常广泛9尤其在高频应用方面G异质结构晶体管9更适宜于发展高速芯片G
阿尔费洛夫和克勒默运用层状半导体结构技术所开发的高速光电子器件9目前广泛用于卫星通信和移动电话网络的地面站上9而基于同一原理的激光二极管则是光纤通信中的关键9在组合音响9蜂窝电话和计算机等方面扮演着重要角9 被广泛用于光驱9激光唱机9条形码阅读器等G有了异质结构技术9就能制造用于汽车制动灯~交通灯以及其它警示信号的大功率发光二极管9并且这种发光二极管在将来很有可能取代人们使用已久的电灯泡[6]G就在诺贝尔奖颁布后的1天9德国马普聚合物研究所和慕尼黑大学~波茨坦大学共同合作9研制出一种新型有机发光二极管9它的应用前景很广9可用于制造新一代薄壁平面显示器9尤其是商用的液晶显示器以及研制塑料激光
器[1]G
半导体异质结构的发明意义十分深远9如果没有半导体异质结构9就没有今天的半导体光电子学G半导体激光器的问世9使发展光子~电子器件的集成成为可能9随着半导体超晶格9量子阱材料的开拓9不仅优化了半导体激光器的性能9拓展了其波长范围9提高了器件集成的兼容性9从而为光子~电子集成的发展创造了条件[9]G而今9光电子技术已渗入到信息技术领域的各个方面G探索与发展新型光电子材料9制作高性能~小型化~集成化的光电子器件9已成为整个光电子科技领域的前沿[5]G
异质结构在科学研究方面也很重要9推动了
集成电路~异质结构及其应用前景
1
集成电路9又称芯片G作为现代信息产业的大唐荣耀2剧情介绍
基
础和核心9集成电路技术可以把成千上万个电子
元件浓缩到一片不到指甲大小的硅片上G大大缩小了传统电子线路的体积G目前已达到将5.6亿
只晶体管和其它元器件集成在单一芯片上的水平[5]9而且更新速度极快9每18个月9所集成的元件数就要翻一番G集成电路的发明9使得连结晶体管所需的大量电线成为历史G基尔比和费尔柴尔德<F a i r c h i l d)半导体公司的罗伯特- 诺伊斯
<R o b e r t N o y c e)早在2世纪5年代后期就分别开始研究将集成电路蚀刻到薄的半导体晶片上的可能性G基尔比成功地做出了第一个集成电路9诺伊斯则成功地发展了今天我们所使用的以硅~硅氧化物
和金属铝分别作为半导体~绝缘体和导体的大规模集成电路G我们最常见的集成电路芯片是电脑的微处理器<C P U)9其实在我们周围9从电子表和电子游戏9到微型计算器和个人计算机等所有设备9都离不开集成电路9从功能强大的计算机到太空探测器9从洗衣机和汽车到医疗诊断设备<；如层析X射线照片和磁共振摄影机)9利用集成电路技术制造的半导体芯片几乎无处不在G 正是微芯片技术的突破9才使得高速计算机9大容量半导体存储器的制造成为可能[6]G微芯片已成为现代信息技术的枢纽9已成为现代微电子学整个领域的技术基础9就连基尔比本人也说,*42年前9我开发集成电路时9只知道微芯片对电子器件来说非常重要9可是没想到它会使信息技术领域得到这样大的扩展[7]G 集成电路是经济发展的基石和核心9它与材料9能源一起成为维持人类社会9经济活动的3种
资源G自2世纪9年代中~后期以来9集成电路
向着系统集成的目标飞速发展9并要求芯片的特
征尺寸进入.35p m以下的深亚微米档级G深亚微米芯片设计已成为国际上芯片设计的里程碑9并成为当前各发达国家在微电子领域技术竞争与技术垄断的焦点G我国曾在这一领域落后发达国家15年G上海交通大学科研人员在短短的三~四年间9不仅突破了 .35p m深亚微米集成电
第1期李宗红通信革命的先驱与诺贝尔物理学奖79
处形成的二维电子气(t w O-d i m e n s i O n a l e l e c t r O n g a s D的性能成为量子霍耳效应(t h eg u a n t i s e d H a l l e f f e c t s D的研究起点O进入Z0世纪80年代科学技术突飞猛进超导和低温技术使科学家容易获得极低温(约1K D和超强磁场(约30T D O 随着样品工艺的进步特别是分子束外延(M B E D 等技术的发展人们对半导体材料中的二维电子气
的研究产生了浓厚的兴趣O1980年德国科学家克劳斯冯克利青(K l a u s V O n K l i t z i n g D发现
低温~强磁的情况下霍耳电阻随磁场强度的提高而呈梯度上升这种现象即为整数量子霍耳效应O 分数量子霍耳效应是在研究维格纳(W i g n e r D结晶过程中偶而发现的O198Z年美籍华人崔琦(D. C.T s u i D等人将砷化镓和砷铝化镓粘合在一起的半导体置于比地球表面磁场强100万倍的磁场之中使电子在Z种半导体的交界面集中再将其冷却到仅比绝对零度高十分之一度(约-
Z73C D发现霍耳电阻突然升至克利青所知最高霍耳电阻
的3倍此即分数量子霍耳效应[11]O量子物理学家表示崔琦等人的成果有助于了解微观世界可能推动集成电路的大发展O 士等十多项荣誉头衔O
阿尔费洛夫是俄文杂志<；技术物理快报>主编俄文杂志<；科学与生命>编委会成员O在半导体技术方面阿尔费洛夫著有4部书发表了400
多
篇论文创造了50多项发明O阿尔费洛夫表示
他
希望他得奖这一振奋人心的消息能够唤起人们对科学的重视希望能够促使政府扩大科技投入发展俄罗斯科学[1Z]O
-
在哥廷根(G O t t i n g e n D大学获得理论物理学博士学位O1954年至1957年受雇于美国新泽西州林斯顿(P r i n c e t O n D的R C A(R a d i O C O r p O r a t i O n O f A m e r i c a D公司1968年至1976年出任科罗拉多
(C O l O r a d O D大学物理学教授现在为美国加州大学圣巴巴拉分校教授O
他的关于晶体管的热电效应的研究论文为半导体物理与技术的研究确立了新的里程碑O 1976年他说服加州大学圣巴巴拉分校将有限的可用资源用于扩大他们的半导体研究项目O在他的研究当中克勒默教授一直致力于主流技术建立之前一~两代人的研究课题O Z0世纪50年代中期他首次提出用异质结构技
术开发的半导体器件有巨大的优越性O1963年他提出双倍异质结构激光器的概念这些观点远远超前于他所处的时代O直到Z0世纪80年代他创立的异质结构理论才开始得到肯定O目前他继续在半导体材料组合方面以及包括高性能器件~材料研究和固体物理新领域的异质结构领域的前沿
获奖得主简介[37]
Z
若列斯阿尔费洛夫1930年3月15日
生
于前苏联白俄罗斯的维捷布斯克(V i t e b s k D市195Z年毕业于位于列宁格勒(L e n i n g r a d D的乌里
亚诺夫(U l y a n O v D电子技术学院电子学系从1953年起在约费(I O f f e D物理技术研究所工作O
1970年获该所物理学与数学博士学位并于1970年至1971年间成为美国伊利诺伊(I l l i n O i s D大学访问学者1987年至今一直担任该所所长O 1999
年1Z月当选第3届国家杜马议员是俄议会党团成员O他是继戈尔巴乔夫1990年获得诺贝尔和平奖后即苏联解体后第一位获奖的俄罗斯人O
从196Z年起他一直致力于I-V族化合物半导体材料的研究O1963年阿尔费洛夫在高速晶体管研究领域取得重大成果在他的发明的基础上产生了半导体激光技术O现在这一技术已广泛用于光纤通讯和激光唱机制造领域O他的研究成果荣获了包括列宁勋章~约费奖以及美国富兰克林研究院巴兰坦奖章等多项国际国内大奖O他本人也被授于德国科学院外藉院士~古巴H a v a n a
杰克基尔比19Z3年生于密苏里州
美白祛斑产品s O u r i D的杰斐逊城(J e f f e r s O n C i t y D O在堪萨斯(K a n s a s D成长分别在伊利诺伊大学和威斯康辛(W i s c O n s i n D大学获得电子工程学学士学位与硕士学位O自1958年起便在得克萨斯仪器公司工作同年夏天他发明了第一个集成电路O后来他致力于研究集成电路技术在军事~工业和商业等领域的应用O1970年他离开T I公司独立发明研究硅技术在将太阳能转化为电能中的应用O
1978年至1984年他成为得克萨斯A与M 大学杰出的电子工程学教授O
基尔比是Z位享有美国政府最有威望的科学与工程荣誉奖的人之一在美国革新史上仅次于亨利福特~托马斯爱迪生和莱特兄弟O 基尔比拥有60多项美国专利他是I E E E
成员是美国工程院(N A E D院士O他获得过福兰克

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