Microsoft Word doc

Вопросы
 
для
 
самоконтроля
 
1. 
Что
называют
гетеропереходом
, 
гетероструктурой
? 
2. 
Объясните
явления
инжекции
и
рекомбинации
электри
-
ческих
зарядов
для
р
–n-
переходов
. 
3. 
Объясните
закономерности
вольт
-
амперной
характери
-
стики
для
р
–n-
перехода
. 
4. 
Какие
квантоворазмерные
структуры
вам
известны
? 
Ка
-
ковы
особенности
энергетических
диаграмм
и
плотностей
элек
-
тронных
состояний
в
этих
структурах
? 

---

178 
5. 
В
чем
заключается
процесс
самосборки
квантоворазмер
-
ных
структур
? 
6. 
Что
называют
сверхрешеткой
? 
Чем
характеризуются
псевдоморфные
и
напряженные
сверхрешетки
? 
7. 
Каково
различие
между
композиционными
и
легирован
-
ными
сверхрешетками
? 
8. 
Объясните
физический
принцип
работы
транзистора
. 
9. 
В
чем
заключается
отличие
биполярных
транзисторов
от
полевых
? 
10. 
Назовите
области
применения
транзисторов
. 
Каковы
пути
повышения
эффективности
транзисторов
в
современных
электронных
и
оптических
схемах
? 
11. 
Объясните
физический
принцип
работы
светодиода
. 
12. 
Объясните
физические
принципы
работы
светодиодов
: 
газоразрядных
, 
электролюминесцентных
, 
микроэлектромехани
-
ческих
, 
жидкокристаллических
. 
13. 
В
чем
заключается
преимущество
диодов
на
основе
ор
-
ганических
электролюминесцентных
структур
? 
Для
чего
нужны
диоды
с
квантовой
точкой
? 
Дайте
сравнительную
характеристику
эффективности
различных
типов
светодиодов
. 
14. 
Что
такое
оптроны
? 
Каковы
области
их
применения
? 
9.
 
О
СНОВЫ
 
НАНОТЕХНОЛОГИЙ
 
ПОЛУЧЕНИЯ
 
 
ОПТИЧЕСКИХ
 
МАТЕРИАЛОВ
 
9.1. 
Исторические
 
аспекты
 
Так
называемая
приставка
нано
- 
вообще
означает
одну
мил
-
лиардную
(10
–9
) 
чего
-
либо
(
от
греч
. nános – 
карлик
). 
Нанотехно
-
логия
имеет
дело
с
разнообразными
структурами
вещества
, 
ха
-
рактерный
размер
которых
– 
порядка
миллиардных
долей
метра
. 
Хотя
слово
нанотехнология
является
относительно
новым
, 
уст
-
ройства
и
структуры
нанометровых
размеров
не
новы
. 
На
самом
деле
они
существуют
на
Земле
столько
же
, 
сколько
существует

---

179 
сама
жизнь
. 
Моллюск
морское
ушко
выращивает
очень
проч
-
ную
, 
переливающуюся
изнутри
раковину
, 
склеивая
прочные
на
-
ночастички
мела
особой
смесью
белков
с
углеводами
. 
Трещины
, 
появляющиеся
снаружи
, 
не
могут
распространяться
в
раковине
из
-
за
наноструктурированных
кирпичиков
. 
Раковины
являются
природной
демонстрацией
того
, 
что
структуры
, 
сформирован
-
ные
из
наночастиц
, 
могут
быть
намного
прочнее
материала
, 
од
-
нородного
в
объеме
. 
В
точности
неизвестно
, 
когда
человек
впервые
начал
ис
-
пользовать
преимущества
наноразмерных
материалов
. 
Есть
све
-
дения
, 
что
в
четвертом
веке
нашей
эры
римские
стекловары
де
-
лали
стекло
, 
содержащее
наночастицы
металлов
. 
Огромное
раз
-
нообразие
прекрасных
цветов
витражей
в
средневековых
храмах
объясняется
присутствием
металлических
наночастиц
в
стекле
. 
Так
, 
например
, 
прекрасный
рубиновый
цвет
стекла
получали
введением
наночастиц
золота
в
стеклянную
матрицу
. 
Декора
-
тивная
глазурь
с
глянцем
, 
характерная
для
средневековой
гон
-
чарной
посуды
, 
включает
сферические
металлические
нано
- 
частицы
, 
обеспечивающие
специфические
оптические
свойства
. 
Оказалось
, 
что
красящие
вещества
, 
использовавшиеся
абориге
-
нами
Австралии
для
нанесения
стойких
боевых
раскрасок
, 
а
также
краска
для
волос
древнегреческих
красавиц
, 
также
со
-
держали
наночастицы
, 
обеспечивающие
очень
длительный
и
стойкий
окрашивающий
эффект
. 
Потенциальную
важность
маленьких
частичек
– 
класте
-
ров
– 
осознал
ирландский
(
по
рождению
) 
химик
Роберт
Бойль
, 
и
это
нашло
отражение
в
его
труде
«
Химик
-
скептик
» 
в
1661 
го
-
ду
. 
В
нем
Бойль
критикует
воззрения
Аристотеля
на
материю
, 
состоящую
из
четырех
первооснов
: 
земли
, 
огня
, 
воды
и
воздуха
. 
Вместо
этого
он
предполагает
, 
что
крошечные
частички
вещест
-
ва
соединяются
разными
способами
и
образуют
, 
таким
образом
, 
то
, 
что
он
называл
корпускулами
. 
Он
описывает
их
как
«
кро
-
шечные
массы
, 
или
кластеры
, 
которым
тяжело
быстро
разло
-
житься
на
составляющие
их
частицы
». 

---

180 
Первым
из
ученых
, 
использовавшим
измерения
в
наномет
-
рах
, 
принято
считать
Альберта
Эйнштейна
, 
который
в
1905 
году
теоретически
доказал
, 
что
размер
молекулы
сахара
равен
одному
нанометру
. 
Идею
же
создания
специальных
приборов
, 
способных
про
-
никнуть
в
глубину
материи
до
границ
наномира
, 
выдвинул
вы
-
дающийся
американский
инженер
-
электрик
и
изобретатель
, 
физик
, 
философ
сербского
происхождения
Н
. 
Тесла
. 
Именно
он
предска
-
зал
создание
в
будущем
электронного
микроскопа
. 
В
1920-
х
 
годах
американский
физик
-
теоретик
российского
происхождения
Г
. 
А
. 
Гамов
впервые
вывел
решение
уравнений
Шрёдингера
, 
описывающее
возможность
преодоления
частицей
потенциального
барьера
при
условии
, 
если
ее
энергия
меньше
его
высоты
. 
Открытое
явление
, 
называемое
«
туннельным
эф
-
фектом
» (
туннелированием
), 
позволило
объяснить
многие
экс
-
периментально
наблюдавшиеся
процессы
. 
Найденное
решение
было
применено
для
описания
процессов
, 
происходящих
при
вылете
частицы
из
ядра
, 
составляющих
в
настоящее
время
осно
-
ву
атомной
науки
и
техники
. 
В
1932 
году
нидерландский
профессор
Ф
. 
Цернике
открыл
метод
фазового
контраста
и
создал
первый
фазово
-
контрастный
микроскоп
(
Нобелевская
премия
, 1953 
году
) – 
вариант
оптиче
-
ского
микроскопа
, 
улучшавший
качество
показа
деталей
изо
-
бражения
, 
и
исследовал
с
его
помощью
живые
клетки
(
ранее
для
этого
приходилось
применять
красители
, 
убивавшие
живые
ткани
). 
В
1939 
году
немецкие
физики
Э
.
А
. 
Руска
, 
получивший
Но
-
белевскую
премию
в
1986 
году
, 
и
М
. 
Кноль
создали
электронный
микроскоп
, 
обеспечивающий
увеличение
на
тот
период
большее
, 
чем
существовавшие
оптические
микроскопы
. 
Прибор
стал
про
-
образом
нового
поколения
подобных
устройств
, 
позволивших
в
дальнейшем
заглянуть
в
мир
нанообъектов
. 
В
этом
же
году
компания
«
Сименс
», 
в
которой
работал
Руска
, 
выпустила
пер
-
вый
коммерческий
электронный
микроскоп
с
разрешающей
способностью
10 
нм
. 

---

181 
В
1956 
году
сотрудник
картографической
службы
военного
ведомства
США
Дж
. 
О
'
Кифи
предложил
конструкцию
микроско
-
па
, 
в
котором
свет
должен
был
выходить
из
крошечного
отверстия
в
непрозрачном
экране
и
освещать
объект
, 
расположенный
очень
близко
от
экрана
. 
Свет
, 
прошедший
через
образец
или
отраженный
от
него
обратно
в
отверстие
, 
должен
был
регистрироваться
в
про
-
цессе
возвратно
-
поступательного
движения
(
сканирования
) 
образ
-
ца
. 
О
'
Кифи
назвал
свой
метод
растровой
 
микроскопией
ближнего
поля
и
указал
, 
что
разрешение
такого
микроскопа
ограничивается
не
длиной
волны
света
, 
а
только
размером
отверстия
. 
Теоретически
такое
устройство
могло
бы
давать
изображение
деталей
размером
меньше
половины
длины
волны
. 
Однако
идея
о
том
, 
что
в
будущем
человечество
сможет
создавать
устройства
и
другие
объекты
, 
собирая
их
«
молекула
за
молекулой
», 
а
то
и
«
атом
за
атомом
», 
восходит
к
знаменитой
лекции
«
Там
внизу
– 
много
места
» 
одного
из
крупнейших
физи
-
ков
XX 
века
, 
лауреата
Нобелевской
премии
, 
профессора
Кали
-
форнийского
технологического
института
Ричарда
Фейнмана
, 
прочитанной
29 
декабря
1959 
года
. 
Опубликованые
в
феврале
1960 
года
материалы
лекции
были
восприняты
большинством
совре
-
менников
как
фантастика
или
шут
-
ка
. 
Сам
же
Фейман
говорил
, 
что
в
будущем
, 
научившись
манипули
-
ровать
отдельными
атомами
, 
чело
-
вечество
сможет
синтезировать
всё
что
угодно
: «
Ни
один
физический
или
химический
закон
не
мешает
нам
менять
взаимное
положение
атомов
...», 
т
.
е
. 
использовать
атомы
как
обыкновенный
строительный
материал
, 
что
-
то
вроде
кирпичей
или
, 
в
лучшем
случае
, 
узлов
и
де
-
талей
машин
. 
Ричард
Филипс
Фейнман

---

182 
Наиболее
актуальной
оставалась
задача
разработки
и
соз
-
дания
инструментального
(
метрологического
) 
оборудования
для
изучения
атомного
строения
конструкционных
материалов
на
наноуровне
. 
В
1964 
году
, 
спустя
шесть
лет
после
изобретения
интеграль
-
ной
схемы
, 
Г
.
Э
. 
Мур
, 
почетный
президент
и
один
из
основателей
американской
корпорации
Intel (
сокр
. 
от
Integrated Electronics 
Technologies Incorporated), 
выдвинул
предположение
, 
что
число
транзисторов
на
кристалле
будет
удваиваться
каждые
два
года
. 
Это
наблюдение
получило
название
первого
закона
Мура
. 
Показав
за
-
висимость
роста
производительности
запоминающих
микросхем
от
сроков
их
изготовления
, 
он
обнаружил
закономерность
: 
новые
модели
микросхем
каждый
раз
появлялись
через
приблизительно
равные
промежутки
времени
(18–24 
месяца
). 
При
этом
их
ёмкость
возрастала
каждый
раз
примерно
вдвое
. 
Американский
физик
Р
. 
Янг
, 
работавший
в
Националь
-
ном
бюро
стандартов
, 
в
1966 
году
предложил
пьезоэлектриче
-
ское
управляющее
устройство
(
пьезодвигатель
), 
применяемое
сегодня
в
сканирующих
туннельных
микроскопах
и
для
пози
-
ционирования
наноинструментов
(
поиска
нужных
объектов
на
изучаемой
поверхности
). 
В
это
же
время
Д
. 
Джонс
теоретически
конструировал
замкнутые
сфероидальные
клетки
из
своеобразно
свернутых
нанографитовых
слоев
. 
Было
показано
, 
что
объектом
, 
внедрен
-
ным
в
гексагональную
решетку
обычного
графита
и
приводя
-
щим
к
образованию
сложной
искривленной
поверхности
, 
может
быть
пятиугольник
, 
а
физхимик
-
органик
Е
. 
Осава
предположил
существование
полой
, 
высокосимметричной
молекулы
С
60
со
структурой
в
виде
усеченного
икосаэдра
, 
похожей
на
футболь
-
ный
мяч
(
фуллерена
). 
Р
. 
Янг
в
1971 
году
предложил
идею
прибора
«Topografiner», 
послужившего
прообразом
зондового
микроскопа
. 
В
1972 
году
Р
. 
Янг
сумел
осуществить
перемещение
(
и
позиционирование
) 
объектов
в
трех
направлениях
с
точностью
до
0,01 
ангстрема
Å 

---

183 
(1 
нм
= 10 Å), 
применив
перемещающие
устройства
на
базе
пье
-
зоэлектриков
. 
Со
времени
создания
пьезодвигателя
прошло
бо
-
лее
пяти
лет
. 
В
1973 
году
российские
ученые
Д
.
А
. 
Бочвар
и
Е
.
Г
. 
Галь
-
перин
сделали
первые
теоретические
квантово
-
химические
рас
-
четы
наномолекулы
фуллерена
и
доказали
ее
стабильность
. 
Современный
вид
идеи
нано
-
технологий
начали
приобретать
в
1980-
е
годы
в
результате
исследо
-
ваний
К
.
Э
. 
Дрекслера
, 
работавшего
в
лаборатории
искусственного
ин
-
теллекта
Массачусетского
техноло
-
гического
института
(
США
). 
Дрекс
-
лер
выдвинул
концепцию
универ
-
сальных
молекулярных
роботов
, 
работающих
по
заданной
програм
-
ме
и
собирающих
любые
объекты
(
в
том
числе
и
себе
подобные
) 
из
подручных
молекул
. 
Всё
это
также
сначала
воспринималось
как
науч
-
ная
фантастика
. 
Ученый
уже
тогда
довольно
точно
предсказал
немало
Основоположник
молекулярной
нанотехно
-
логии
Ким
Эрик
Дрекслер
грядущих
достижений
нанотехнологий
, 
которые
с
1989 
года
сбываются
, 
причем
часто
со
значительным
опережением
даже
его
прогнозов
. 
Физик
Н
. 
Танигучи
(Taniguchi) 
из
Токийского
универси
-
тета
в
1974 
году
впервые
предложил
термин
нанотехнология
 – 
технология
объектов
, 
размеры
которых
порядка
10
–9
м
(
атомы
, 
молекулы
), 
включающая
процесс