III. Период конца 70-х -- 80-х годов

18. Теория неупорядоченных полупроводников.

Физика аморфных полупроводников развивалась в 70-е гг. по двум направлениям. Исследования стеклообразных полупроводников велись Б.Т. Коломийцем и его школой в Ленинграде и продолжались в связи с возможными их применениями в переключающих устройствах. Другое направление -- исследования аморфного Si и других полупроводников IV группы -- получило толчок после открытия Спиром особых свойств аморфного гидрогенизированного кремния, возможностей его легирования и применения в солнечных фотопреобразователях.

Работы В.Л. Бонч-Бруевича и его школы (А.Г. Миронов, И.П. Звягин, аспиранты и дипломники) внесли вклад в общие представления о плотности состояний вблизи краев щели подвижности, об уровнях протекания, о спектрах краевого оптического поглощения. Они докладывались на Международных Конференциях по аморфным полупроводникам и неоднократно использовались другими авторами. Лекции Виктора Леопольдовича по этим проблемам читались в Международных Школах в Триесте, Токио, им. Энрико Ферми. В 1979 г. В.Л. Бонч-Бруевич был избран Почетным Профессором Университета им. Гумбольдта. Теорией неупорядоченных полупроводников в этом университете занимались Р. Эндерлайн, Р. Кайпер, Б. Эссер. Совместным трудом теоретиков МГУ и университета им. Гумбольдта была книга "Электронная теория неупорядоченных полупроводников", вышедшая в русском и немецком изданиях.

Важной проблемой в теории кинетических явлений в сильно легированных компенсированных полупроводниках и других неупорядоченных структурах с большой концентрацией примесных или дефектных состояний в запрещенной зоне (щели подвижности) является проблема прыжковой проводимости. Эта проблема была проанализирована в цикле работ И.П. Звягина и частично вошла в книги теоретической группы. В 1980 г. он обобщил свои работы в докторской диссертации, которая затем составила основу его монографии "Кинетические явления в неупорядоченных полупроводниках". В 80-е гг. он много занимался педагогической работой; после В.Л. Бонч-Бруевича И.П. Звягин стал читать основной курс физики полупроводников и был избран профессором кафедры.

19. Исследования аморфного гидрогенизированного кремния.

Пленки a-Si:H, выращенные А.Г. Казанским, были недостаточно совершенны, т.к. технологические возможности были ограничены. Но они позволили наладить методику изучения фотоэлектрических явлений в a-Si:H. Наиболее интересным было исследование изменений электропроводности и фотопроводимости в пленках под действием длительного освещения. Этот эффект (Стеблера-Вронского) обусловлен фотохимическими реакциями в аморфном веществе, содержащем оборванные связи и встраивающиеся в них атомы или молекулы водорода. От этих процессов существенно зависит стабильность и долговечность фотопреобразователей из a-Si:H.

Работы кафедры (в них участвовали аспиранты Е.П. Миличевич -- потом сотрудница кафедры -- и Д.В. Яркин -- потом сотрудник ГИРЕДМЕТ) значительно продвинулись, когда были установлены связи с технологическими группами в Ленинградском ФТИ им. А.Ф. Иоффе и в Марбургском Университете. Были получены оригинальные результаты о плотности состояний в щели подвижности на легированных бором или фосфором образцах a-Si:H p- или n- типа. А.Г. Казанский докладывал эти работы на Всесоюзных Совещаниях и на Международных Конференциях в Праге и Кобе. Он обобщил свои исследования в докторской диссертации, которую защитил уже в 90-е гг.

Группа И.А. Куровой и Н.Н. Ормонт (в ней работали аспиранты Д.А. Мочалова, Е.Н. Панарина, И.В. Мелешко) исследовала особенности фотоэлектрических явлений в a-Si:H, в частности, температурное гашение фотопроводимости. В содружестве с технологами из ГИРЕДМЕТ были изучены процессы образования и отжига метастабильных состояний под действием как света, так и инжекции носителей электрическим полем. Часть работ проводилась вместе с И.П. Звягиным, рассмотревшим теорию рекомбинации на близко расположенных оборванных связях для объяснения эффекта Стеблера-Вронского при низких температурах. Работы докладывались на Всесоюзных и Международных Конференциях и были важны для отечественных разработок технологии a-Si:H.

20. Исследования излучательной рекомбинации в халькогенидах свинца-олова.

Возбуждение с мощностью до 10⁵--10⁶ Вт/см² и применение охлаждаемых фотоприемников из Hg_1-xCd_xTe для области 3--12 мкм позволили получить оригинальные результаты. Впервые наблюдалось при высоких температурах, вплоть до комнатной, вынужденное излучение в тонких пленках селенида свинца и твердых растворов PbS_xSe_1-x, сначала -- в поликристаллических, а затем -- в эпитаксиальных (диссертация Ф. Галеского). Разнообразие образцов позволило исследовать влияние дефектов структуры и примесей на спектры и квантовый выход излучения PbSnTe (диссертация Т.Д. Айтикеевой). Было показано, что внутренний квантовый выход при комнатной температуре в PbS достигает десятков процентов (диссертация С.И. Золотова). Результаты были включены в обзор по ИК-фотолюминесценции узкозонных полупроводников, написанный совместно с Кл. Херрманном и Й. Томмом (университет им. Гумбольдта).

Возможность контроля свойств пленок и монокристаллов халькогенидов свинца и свинца-олова люминесцентными методами, разработанными на кафедре, привлекала технологов. Были установлены связи с химическим факультетом МГУ, НИИ ПФ, ФИАН, МИСИС, ГОИ, НПО "Позитрон", Саратовским университетом, университетом им. Гумбольдта и другими лабораториями, выращивавшими материалы для ИК-фотоприемников и излучателей. Договорные работы с прикладными организациями дали возможность обновить оптическое и электронное оборудование лаборатории. Результаты работ были отмечены премией Минвуза, которую А.Э. Юнович получил в 1986 г. в составе коллектива сотрудников факультета во главе с Н.Б. Брандтом.

В 80-е гг. важнейшим направлением в физике полупроводников стало исследование эффектов размерного квантования в сверхтонких структурах. Работы по фотолюминесценции пленок A^IVB^VI оказалось возможным направить в соответствии с этой новой тематикой благодаря сотрудничеству с лабораторией Харьковского Политехнического Института (А.И. Федоренко, А.Ю. Сипатов). В ней были выращены эпитаксиальные пленки и сверхрешетки на основе гетероструктур с толщинами квантовых ям от 1000 до 40 ангстрем. В спектрах люминесценции этих структур были обнаружены эффекты, обусловленные размерным квантованием. Сдвиги линий в коротковолновую сторону спектров достигали значений порядка ширины запрещенной зоны (диссертация И.В. Колесникова). Эти новые результаты докладывались на Международных Конференциях и получили признание.

Многолетние исследования излучательной рекомбинации в полупроводниковых соединениях были обобщены А.Э. Юновичем в докторской диссертации в 1989 г. По приглашению Ульяновского Филиала МГУ он читал там два года лекции по совместительству и получил звание профессора.

21. Исследования сегнетоэлектрических свойств полупроводников типа A^IVB^VI.

А.И. Лебедев начал новый цикл исследований электрических свойств легированных кристаллов A^IVB^VI и их тройных и четверных твердых растворов, которые выращивал совместно с лабораториями химического факультета (проф. В.П. Зломанов с сотрудниками). В его группе работали аспиранты Х.А. Абдуллин (потом сотрудник Казахского ИЯФ) и И.А. Случинская (потом сотрудница кафедры). Были обнаружены аномалии температурной зависимости подвижности и емкости легированных кристаллов, которые удалось объяснить сегнетоэлектрическими фазовыми переходами. Были проведены дополнительные структурные исследования кристаллов, доказавшие, что явление связано с фазовыми переходами. Эти новые сегнетоэлектрические свойства были теоретически проанализированы и связаны с нецентральным положением определенных примесей в кристаллических ячейках решетки (S в PbTeS, Ge в PbGeTe). Результаты оказались весьма полезными для разработок ИК-фотоприемников в НИИ ПФ. Обобщение этих исследований было сделано А.И. Лебедевым в докторской диссертации, которую он защитил уже в 90-е гг.

22. Исследования гальваномагнитных эффектов в кремнии и соединениях типа A^IIIB^V.

Многие технологические лаборатории обращались на кафедру с просьбой определить концентрации и подвижности носителей тока в их материалах. Исследуя эти материалы, В.В. Остробородова обнаружила гигантские отрицательные изменения сопротивления в магнитном поле для точно сориентированных кристаллов InSb и InAs. Аналогичные эффекты наблюдались и в полупроводнике группы A^IVB^VI -- PbSe. Эффекты удалось объяснить неоднородностями, сориентированными по определенным кристаллографическим плоскостям в процессе роста кристаллов.

23. Кафедра физики полупроводников как часть физического факультета.

Оставляя кафедру общей физики для физического факультета, С.Г. Калашников сохранил связи с ее сотрудниками. Преподаватели младших курсов, помня и высоко ставя своего бывшего старшего коллегу, рекомендовали студентам специализироваться на его кафедре. Набор лучших студентов во многом способствовал развитию и педагогической, и научной работы. Проф. В.И.Иверонова, принявшая заведование кафедрой после С.Г. Калашникова, заботилась о включении новых глав по физике полупроводников в курс общей физики. В начале статьи говорилось о содружестве с группой акад. И.К. Кикоина. Проф. И.А. Яковлев интересовался работами кафедры; и по общим вопросам физики, и по оптике кристаллов у него всегда можно было консультироваться.

Всегда было тесным сотрудничество с кафедрой общей физики для химического факультета, которой заведовал проф. В.Ф. Киселев -- специалист по поверхностным явлениям в твердых телах. На этой кафедре долго работал проф. Ф.Ф. Волькентейн, -- один из учителей В.Л. Бонч-Бруевича. Поэтому многие работы обсуждались на совместных семинарах; взаимно оппонировались диссертации аспирантов, рецензировались дипломные работы. Часть спецкурсов кафедры была обязательной для студентов кафедры ОФХФ, поскольку их работы были посвящены поверхностным свойствам полупроводников. Эта связь продолжалась и позже, когда ей стал заведовать проф. П.К. Кашкаров, а одной из групп стал руководить проф. С.Н. Козлов -- бывший дипломник О.Г. Кошелева.

Кафедра общей физики для естественных факультетов (заведующий -- проф. К.П. Белов) занималась магнитными полупроводниками, результаты их исследований часто обсуждались совместно. Успешно проводила исследования выпускница кафедры полупроводников Л.И. Королева (потом -- доктор наук).

Административно кафедра физики полупроводников входила в Отделение физики твердого тела, которым заведовали сначала проф. Г.С. Жданов (каф. физики твердого тела), а потом -- проф. Н.Б. Брандт (каф. низких температур и сверхпроводимости). Это подразделение было отнюдь не формальным. Общие согласованные учебные планы позволяли студентам разных кафедр проходить обучение в спецпрактикумах всего отделения и слушать общие для отделения курсы физики твердого тела, что обеспечивало образование в широкой области физики. Это позволяло после окончания Университета работать не только по узкой специализации. Связи с научными исследованиями кафедры низких температур были важны, когда в начальный период осваивались методы измерений при гелиевых температурах; все низкотемпературные исследования полупроводников были обеспечены жидким гелием с установки на кафедре низких температур. Позже было плодотворным сотрудничество в исследованиях узкозонных полупроводников -- тематике, общей для обеих кафедр.

С кафедрами отделений ядерной физики проводились совместные работы по полупроводниковым счетчикам ядерных излучений, по действию излучений на кремниевые фотоэлементы. Выпускники кафедры О. Савун, Т. Белоусова активно работали на ядерном отделении.

Связи кафедры полупроводников с радиофизическим отделением также были весьма плодотворными. Часть задач спецпрактикума по полупроводникам была обязательна для студентов-радиофизиков; студенты кафедры полупроводников были обязаны делать задачи в спецпрактикумах кафедр электроники, теории колебаний, волновых процессов.

Особенно тесной была связь с кафедрой электроники (зав. кафедрой проф. Г.В. Спивак), которая разрабатывала оригинальные методы электронно-микроскопического исследования твердых тел. Сотрудники кафедры электроники В.Е. Юрасова, М.Б. Гусева, В.И. Петров часто консультировались и обсуждали свои работы с В.С. Вавиловым. Совместно с сотрудниками этой кафедры -- Г.В. Сапариным, В.И. Петровым, Э.И. Рау, А.Е. Лукьяновым в 60--80-е гг. был проведен цикл совместных исследований катодолюминесценции и наведенной проводимости полупроводников в растровом электронном микроскопе, который дал новые результаты о распределении неоднородностей в гетероструктурах и p-n-переходах и был важен для разработок приборов оптоэлектроники. Совместно с М.Б. Гусевой в 80-е гг. были поставлены задачи по оптике полупроводников в практикуме по твердотельной электронике.

С кафедрой теории колебаний (заведующий -- проф. В.В. Мигулин) были общие интересы в разработках курсов полупроводников и программ спецпрактикумов по полупроводниковым приборам. На этой кафедре успешно проводились исследования полупроводниковых лазеров (проф. А.С. Логгинов), с которым шел взаимный обмен научной информацией. С кафедрой акустики обсуждались проблемы акустоэлектрических неустойчивостей. На кафедре радиофизики СВЧ неоднократно консультировались по методическим вопросам, связанным с измерениями коротких импульсных сигналов и работы на сверхвысоких частотах.

Особо следует отметить связи с кафедрой волновых процессов, организованной акад. Р.В. Хохловым. Лазерные методики успешно применялись на кафедре полупроводников благодаря использованию опыта сотрудников кафедры волновых процессов, исследовавших лазеры. Образованные после Р.В. Хохлова кафедры проф. С.А. Ахманова (общей физики и волновых процессов) и акад. Л.В. Келдыша (квантовой радиофизики) в той или иной мере занимались полупроводниками и поддерживали научные связи с кафедрой полупроводников.

Одной из интереснейших проблем физики полупроводников в 70-е гг. была проблема электронно-дырочной плазмы большой плотности, возникающей при больших уровнях возбуждения. Начало этой тематике положили в 60-е гг. теоретические работы Л.В. Келдыша и эксперименты групп Я.Е. Покровского в ИРЭ и А.А. Рогачева в ФТИ по возбуждению Ge и Si.

24. Исследования пикосекундных процессов в полупроводниках. Профессор В.С. Днепровский -- заведующий кафедрой.

Эти исследования проводились в контакте с физиками университетов им. Гумбольдта и Йенского. Развитию работ существенно помогло приобретение оптических многоканальных анализаторов германского производства. Были получены новые данные о временах релаксации горячих дырок в плазме большой плотности в CdSe. Особенно интересные результаты были получены о спектрах нанокристаллов CdSe в фосфатных стеклах, изготовленных в ГОИ. В конце 80-гг. в спектрах было впервые зарегистрировано усиление и вынужденное излучение при пикосекундных импульсах возбуждения квантовых точек в этой системе (диссертации докторанта В.И. Климова и Ю.В. Вандышева).

В середине 80-х гг. В.С. Днепровский, по согласованию с Л.В. Келдышем и В.С. Вавиловым, перешел со своей группой на кафедру полупроводников. Он стал читать курс нелинейных оптических явлений в полупроводниках и продолжал экспериментальные исследования во вновь созданной лаборатории полупроводниковой оптоэлектроники. В 1991 г. В.С. Вавилов -- к тому времени награжденный Золотой Медалью им. П.Н. Лебедева Академии Наук, -- попросил освободить его от заведования кафедрой. В.С. Днепровский был избран заведующим и профессором кафедры, -- но этот период уже выходит за рамки настоящей статьи.

IV. Заключение.