Деталі

Перегляди: 15683

Грибников Зиновий Самойлович

        Зиновий Самойлович Грибников пришел в теоретический сектор ИФП в 1964 г., будучи уже был кандидатом физ.-мат наук. Диссертационную работу он выполнил и защитил под руководством Толпыго К. Б., работая инженером в отраслевом НИИ. В ИФП Грибников З. С. работал младшим научным сотрудником, старшим научным сотрудником (с 1966 г.), заведующим лабораторией полупроводниковых приборов (с 1983 г.), главным научным сотрудником (с 1997 г.). В 2000 г. Грибников З. С. переехал в США, где продолжал заниматься научными исследованиями в Мичиганском университете в г. Анн-Арбор, штат Мичиган.

        З. С. Грибников всегда был одним из признанных научных лидеров как в теоретическом секторе, так и в целом в ИФП. Яркий, чрезвычайно талантливый человек, он сочетает в себе способности теоретика высокого класса и дар отличного физика и инженера, глубоко понимающего тонкости экспериментальных исследований. Он способен анализировать и решать теоретические и математические проблемы любого уровня сложности, от феноменологии до микроскопической квантовой теории. Он хорошо знает и разбирается в самых современных и «продвинутых» технологических и приборных разработках. Именно такое сочетание позволило ему заслужить глубочайшее уважение научного сообщества. В тоже время, как и многие неординарные личности, Грибников З. С. обладает сложным характером. Он остер на язык, резок в суждениях, вещи называет своими именами, часто не соблюдает никакой субординации, что во многом усложняло ему жизнь. В теоретическом отделе его любили и уважали. В ИФП его уважали и побаивались, начинающие и опытные экспериментаторы приходили к нему за консультацией и обсуждением, его мнение часто было решающим при оценке результатов работы.

       Обладая огромной работоспособностью, за время работы в ИФП Грибников З. С. опубликовал около 200 полновесных научных работ, каждая из которых обладала оригинальностью, находилась на самом переднем фронте исследований по физике полупроводников и приборов. Здесь не представляется возможным дать полный анализ его результатов. Укажу лишь некоторые из них, отложившиеся в моей памяти как важнейшие.

       В начале 60-х годов Грибников З. С. вместе с Рашбой Э. Й. начал цикл исследований, посвященных размерным эффектам в полупроводниках. Эта активность была ответом на известные тенденции в полупроводниковых технологиях и разработках новых – последовательное уменьшение характерных размеров с целью увеличения их быстродействия и наращивания степени сложности микросхем (закон Г. Мура – GordonMoorelow). При уменьшении размеров полупроводниковой структуры, когда хотя бы один из масштабов сравнивается с длинной, характеризующей релаксационный процесс, возникает зависимость электрических и др. свойств структуры от размеров и свойств границ структуры – размерный эффект на соответствующей длине. Оказалось, что существуют значительные размерные эффекты, связанные с рекомбинационной длиной в биполярных материалах, с междолинной релаксационной длиной в многодолинных полупроводниках (в частности таких как кремний, германий), с длиной остывания носителей разогретых электрическим полем и т. д. Отметим, что до работ, проведенных в ИФП, широко был известен, пожалуй, лишь один размерный эффект на длине свободного пробега (эффект Фукса).

      Работая над размерными эффектами, Грибников З. С. использовал как уравнения феноменологической теории электропереноса, так и кинетическое уравнение Больтцмана. Уравнения феноменологической теории использовались для исследований размерных эффектов на макроскопических длинах, в биполярных и многодолинных полупроводниках. Задачи оказались сложными, что было связано со значительной нелинейностью уравнений, необходимостью использовать разнообразные граничные условия и пр. Здесь в полную меру проявились способности Грибникова З. С. вникать в суть проблемы и находить те малые (или большие) параметры, использование которых позволяло не просто находить решения, но обнаруживать качественно новую физику. Участвуя также в этих исследованиях, я получал первые важные уроки от Грибникова З. С. Один из них был таким. Среди других результатов Грибникова З. С. по тематике размерных диффузионных эффектов, можно выделить результаты по образованию электрических доменов в многодолинных полупроводниках ([З.С.Грибников, В.А.Кочелап, Э.И.Рашба, ЖЭТФ, т. 51, с.266 (1966); ФТТ, т..8, с .2479 (1966)].) и работы по магнитоконцентрационному эффекту. Где авторы предсказали и обнаружили экспериментально отрицательную дифференциальную проводимость и осцилляции тока [З.С.Грибников, К.Ю.Гуга, Ю.М.Малозовский, В.К.Малютенко, Письма ЖЭТФ, т.29, с.290 (1979)]. Последняя из указанных работ Грибникова З. С. является одной из немногих, в которых построена теория отрицательного дифференциального сопротивления нелокальной природы (см. ниже).  

     Еще более сложными являлась теория размерных эффектов на длине остывания, связанных с пространственно неоднородными распределениями горячих электронов. Изучение таких эффектов возможно лишь на основе решения полного кинетического уравнения. Грибников З. С. совместно с Мельниковым В. И. справились со сложными проблемами и построили соответствующую теорию размерных эффектов для горячих электронов [З.С.Грибников, В.И.Мельников, Т.С.Сорокина, ФТТ, т. 8, с. 3379 (1966); ЖЭТФ, т.51, с.1909 (1966)]. Позднее размерный эффект на длине остывания был экспериментально изучен в деталях в ИФП Снитко О. В. и Климовской А. И. [KlimovskayaA. I., SnitkoO. V., Mel’nikovV. I., inProceedingsof 9-thInternationalSemiconductorPhysicsConference, Nauka, Leningrad, 1969, v. 2. p. 848].

     Очень важным является цикл работ по многозначной анизотропия проводимости в многодолинном полупроводнике в сильном электрическом поле. Вклад Грибникова З. С. в эти работы является определяющим. Фактически было найдены и исследованы новые состояния кристалла с возникновением электрической анизотропии, поддерживающейся междолинным перезаселением носителей. Такое явление может быть квалифицировано как неравновесный аналог фазового перехода. Критическим параметром являлось тянущее электрическое поле. Новые состояния могли возникать как переходы второго рода, так и как переходы первого рода. Первая работа была опубликована в 1970 г. : З.С.Грибников, В.А.Кочелап, В.В.Митин., ЖЭТФ, т.59, с.1828 (1970). Эта работа оказалась первой из большого цикла, в котором Грибников построил исчерпывающую теорию многозначной анизотропия проводимости в многодолинных полупроводниках. В частности, была построена теория неоднородных состояний (электрически анизотропных доменов) в сильном электрическом поле [З.С.Грибников, В.В.Митин, Письма ЖЭТФ, т.14, с.272 (1971); Solid-StateElectron., v.68, р.153 (1975)] и пр. Следует подчеркнуть, что это были чрезвычайно сложные и красивые исследования, аналоги исследований, подобных по сложности, мне неизвестны. В 1980 г. группой Сарбея О. Г. из ИФ АН УССР и Аше М. (Центральный институт электронной физики, Берлин, ГДР) была дано экспериментальное подтверждение теоретически предсказанного эффекта для кристаллов кремния [AsheM., KostialH., SarbeyO. G., J. Phys. C: Sol. St. Phys., v. 13, р. L645 (1980)]. За указанной работой последовал большой цикл экспериментальных и совместных теоретических и экспериментальных работ, в котором явление многозначной анизотропия проводимости было детально исследовано. Обобщение результатов было дано в ряде обзоров и монографии М.Оше, З.С.Грибников, В.В.Митин, О.Г.Сарбей, «Горячие электроны в многодолинных полупроводниках», Киев, Наукова Думка, 1982, 325 с.

В 1985 г. явление "Многозначная анизотропия проводимости в полупроводниках" было признано открытием (диплом СССР на Открытие №294 от1985 г.).

 Заглавная страница первой работы по многозначной анизотропии проводимости в полупроводниках.

      В эти же годы было выполнено еще одно исследование Грибниковым З. С. совместно с Кочелапом В. А., в ходе которого которого было обнаружено необычное поведение электронного газа в сильном электрическом поле [З. С. Грибников, В.А.Кочелап, ЖЭТФ, т.58, N3, сс.1046-1056, 1970)]. В работе было найдено, что в условиях сильно неупругого рассеяния носителей по энергии средняя энергия носителей может не только не увеличиваться, что типично для горячих электронов, но может уменьшаться с ростом поля и достигать значений более низких, чем температура решетки. Явление охлаждения носителей в сильном поле является достаточно необычным и возникает при формировании функции распределения носителей очень нестандартного вида. Это явление привлекло внимание теоретиков, в том числе спустя много лет рассматривалось для низкоразмерных электронов. Экспериментально явление наблюдалось в Институте физики полупроводников Лит. ССР (Вильнюс) для кристаллов InSb.

     Следует отметить также другие циклы работ Грибникова З. С. по горячим электронам, где рассматривались ударная ионизация и пробой  [ЖЭТФ, т. 74, с.2112 (1978); Phys.Stat.Solidi (b), v.105, p. 451 (1981); ФТП, т. 15, с. 1372 1981)], разогрев электронов в высокочастотных полях [Ф.Т.Васько, З.С.Грибников, Письма ЖЭТФ, т.21, с. 629 (1975); Ф.Т.Васько, З.С.Грибников,В.М.Иващенко, ФТП, т.21, с. 251 (1987)], контактные и инжекционные явления с участием горячих электронов [Письма ЖЭТФ, т.6, с. 900 (1980), ФТП, т.21, с. 251 (1987)] и другие эффекты.

    Среди работ Грибникова З. С. по горячим электронов особое место занимает работа «Отрицательная дифференциальная проводимость в многослойной гетероструктуре» [ФТП, т.6, с. 1380 (1972)], в которой автор впервые ввел перенос электронов в реальном пространстве в искусственно созданной структуре (гетероструктуре). Он показал, что можно существенно изменять электрические характеристики структуры и достигать, отрицательного дифференциального сопротивления при очень малых характерных временах переноса. Фактически, эта работа открыла новый путь к созданию приборов с падающими вольт-амперными характеристиками для усиления и генерации сверхвысокочастотного излучения. Судьба этой работы оказалось не простой. Первое время на эту работу не обратили особого внимания, что было связано с отсутствием в СССР соответствующих технологий, а контакты с зарубежными лабораториями отсутствовали. В 1979 г. независимопоявиласьработапрофессораКарлаГессаизThe Beckman Institute for Advanced Science and Technology and Coordinated Science Laboratory, University of Illinois at Urbanа/Champaine, USA[K Hess H. Morkoc, H. Shichijo, and G. B. Streetman, Appl. Phys. Lett. v. 3; 469 (1979)], в которой был предложен аналогичный путь для достижения генерации в сверхвысокочастотном диапазоне. Подчеркивалось, что имеются широкие технологические возможности для выращивания необходимых структур и создания соответствующих аналоговых приборов. Спустя несколько лет появились эксперименты на структурах GaAs/AlGaAs [М. Keever, H. Shichijo, K. Hess, S. Banerjee, L. Wikowski, H. Morkoc, andB. G. Streetman, Appl. Phys. Lett. 38, 36 (1981)], подтвердившие существования обсуждаемого явления. Следующий шаг был сделан бывшим сотрудником ЛФТИ им. А. Ф. Йоффе – Кастальским А. и сотрудниками BellLabs, USA, которые предложили и изготовили серию приборов с использованием этого явления, в том числе быстрые трехтерминальные устройства для логических элементов, излучательные приборы и т.п. [A. KastalskyandS. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL4, 334 (1983); S. Luryi, A. Kastalsky, A. C. Gossard, and R. H. Hendel, IEEE Trans. ElectronDevicesED-31, 832 (1984)]. Работы получили широкий резонанс и серьезную поддержку со стороны основных полупроводниковых лабораторий США. Проф. Кастальский А. знал работу Грибникова З. С. и процитировал ее. Тем не менее работа продолжала оставаться мало известной. После визита Грибникова З. С. в США был написан и издан фундаментальный обзор [Z. S. Gribnikov, KarlHessandG. A. Kosinovsky, J. Appl. Phys. v. 77, p. 1337 (1995)], в котором, в частности, изложена история открытия явления. Из списка цитированной в обзоре литературы видно, что роль ИФП НАНУ в этом открытии значительна. Обзор стал на многие годы основным источником информации и идей по переносу носителей в реальном пространстве, и применению этого явления в приборах.

     С конца 80-х и начала 90-х годов Грибников З. С. сосредоточился на новых явлениях реализующихся в гетероструктурах. Так вместе с Райчевым О. Э. он изучал электронный спектр в гетероструктурных квантовых ямах, электронное туннелирование между размерно квантованными подзонами, туннельную ионизацию в продольном электрическом поле, "Г-X"-перенос в реальном пространстве и другие актуальные вопросы физики гетероструктур. В частности, был предложен транзистор использующий "Г-X"-перенос [З.С.Грибников, О.Э.Райчев, ЖЭТФ, т.96, с. 996 (1989); ФТП, т.23, с. 2171 (1989)].

     Позже был начат большой цикл работ по использованию отрицательной эффективной массы носителей для генерации высокочастотных колебаний [С. Грибников, ФТП, т.28, с.880 (1994); Письма ЖЭТФ, т.61, с.38 (1995)]. Идеи об использовании отрицательной массы электрона для получения неустойчивостей, когда электрон движется против приложенной силы, высказывалась еще в 60-х годах будущим Нобелевским лауреатом профессором Кремером Г. В последствии многие пытались найти ситуацию, при которой эта идея могла бы быть реализованной. Трудность состояла в том, что в объемных полупроводниках всегда присутствуют оба сорта электронов, как с отрицательной, так и с положительной массой, последние нивелируют возможный эффект. Одним из достижений квантовых гетероструктур является резкое снижение темпа рассеяния носителей, возможность реализации большой длины свободного пробега, т.е. возможность осуществления баллистического транспорта. Грибников З. С. заметил, что для гетероструктур возможен «инжениринг» закона дисперсии носителей, в том числе возможно создание участков дисперсии с отрицательной эффективной массой (вторая производная энергии по импульсу), он предложил использовать баллистический характер электронного транспорта для того, чтобы «загнать» большинство носителей в область импульсов, при которых эффективная масса отрицательна. Для самого общего случая он построил теорию неустойчивости баллистического транспорта носителей, для которых закон дисперсии имеет участок с отрицательными массами [З.С.Грибников, А.Н.Коршак, ФТП, т.28, с.880, (1994); З.С.Грибников, ФТП, т.28, с.1445 1994]. Затем он исследовал большое число различных конкретных реализаций предложенной схемы. Работы вызвали значительный интерес и продолжались после переезда Грибникова З. С. в США. Фундаментальность и оригинальность этих исследований позволяет думать, что они обязательно будут обнаружены экспериментально и послужат основой для нового класса высокочастотных приборов.

     После переезда в США профессор Грибников З. С., не смотря на возраст, продолжал активные научные исследования. С его отъездом теоретический отдел и весь институт очень много потерял. Переезд также дался Зиновию Самойловичу нелегко, следующее его четверостишье иллюстрирует его душевное состояние: Моя американская судьба не греет обхожденьем джентльменским, а метит, словно чёрного раба, иль отмечает с лицемерьем мерзким.

 Профессор З. С. Грибников продолжал публиковаться вплоть до 2008 г.