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现代信息技术大师——克勒默

来源:颗粒在线 984 2019-08-25

1928年8月25日,赫伯特·克勒默(HerbertKroemer)出生于德国魏玛,父亲是公务员,母亲是家庭主妇,都来自技术工家庭,父母虽然没有受过高等教育,但是希望克勒默能获得最好的教育,他们并没有为儿子制订具体的学术方向,他自己选择了数学、物理和化学。1947年中学毕业后,他在耶拿大学学习物理学。1952年,克勒默在格丁根大学完成了关于晶体管中热电子效应的理论物理学研究和博士论文,并获得博士头衔。毕业后一直致力于研究半导体设备。

克勒默先是在德国联邦邮政中央通讯实验室的一个半导体研究小组工作,并自称为是一个“应用理论学者”。1954年他前往美国,工作于普林斯顿大学和帕罗奥图的多家研究机构,1968年至1976年任博尔德科罗拉多大学(University of Colorado at Boulder,科罗拉多州博尔德县)物理学教授。1976年,克勒默说服圣塔芭芭拉加利福尼亚大学的电子和计算机工程系,将有限的项目资金用于刚刚形成的化合物半导体技术,而不是投资发展主流的硅技术,这一决定使得圣塔芭芭拉加利福尼亚大学占据了这一领域的领导地位。

克勒默的研究领域在当时并不热门,但却在几年后显现出其重要性。他在1950年代中期指出使用半导体异质结构能够大大提高各 种半导体元件的性能,并提出了可以实现吉赫(GHz)级频率的异质结二极管的概念。1963年又提出了双异质结构激光的概念,这是半导体激光的基础和核心技术。这两个概念远远超出了当时的研究水平,直至1980年代取向附生技术发展后才得以大量应用,并成为主流。克勒默2000年所获得的诺贝尔物理学奖可以追溯到这些早期的论文,它们使得1980年代成为了“异质结构的时代”,异质结构继续主导着化合物半导体,这不仅仅包括激光和发光二极管,还包括集成电路,并且威胁到了硅制集成电路技术的主流地位。

克勒默来到圣塔芭芭拉加利福尼亚大学后,将研究重心从理论转移到了实验领域,1970年代末成为分子束外延(MBE)研究领域的先驱。他先是制造和研究了新的合成材料,如磷化镓(GaP)和硅基层上的砷化镓,1985年后又将注意力集中到合成材料 砷化铟(InAs), 锑化镓(GaSb)和锑化铝(AlSb),并将基础研究和未来元件开放相结合,其中一项重要的研究课题是超导半导体混合结构,砷化铟-锑化铝材料由超导铌 电极连结,可以促使半导体内的超导。另一个研究方向是强电场下半导体内电子的传输,电子在偏能带中振荡,这种结构适合于做振荡器,通常称为Bloch振荡器,可以达到太赫兹(THz)级的频率。

1990年代末起,克勒默又转向纯理论工作,继续早期的研究,也开创了一些新的研究领域,如光子晶体中的电磁波传播,纳米结构物理学等。2000年,克勒默与另外两位科学家因为对现代信息技术所做出的基础性贡献,特别是他们发明的快速晶体管、激光二极管和集成电路(芯片),共同获得该年度诺贝尔物理学奖。

克勒默是一位严格的导师,对学生要求非常苛刻。他想让学生必须学到他们应该学到的东西,而且要求学生百分之一百地诚实。他说不喜欢学生被动地干别人让他干的事,必须培养他们的独立性。


科学小讲堂

发光二极管(Light Emitting Diode,LED):由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。


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