赫伯特·克勒默
赫伯特·克勒默(德语、英语:Herbert Kroemer,1928年8月25日-),美国籍德国物理学家,科罗拉多州大学教授,2000年因将半导体异质结构发展应用于高速光电子元件中,而获得诺贝尔物理学奖。他是加利福尼亚大学圣巴巴拉分校电气与计算机工程名誉教授,对晶体管的研究为后来的手机技术发展铺平了道路。
人物经历
克勒默在柏林实习时,利用“空中桥梁”逃往了西德,并在哥廷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,导师是德国物理学家里夏德·贝克(Richard Becker),1952年获得博士头衔。此后他将职业定位在物理学和半导体技术研究上。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博尔德分校(University of Colorado at Boulder,科罗拉多州博尔德县)电机工程学教授。1976年,克勒默加入加利福尼亚大学圣巴巴拉分校,将其半导体研究项目重点放在新兴的化合物半导体技术上,而不是主流的硅技术。他和查尔斯·基泰尔(Charles Kittel)合著的统计力学教科书《热物理学》(ISBN 0716710889)在1980年出版至今仍广为全球许多大学使用。他还是教科书《工程量子力学、材料科学和应用物理学》的作者。
克勒默的研究领域在当时都不是热门的,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年代末成为分子射线取向附生研究领域的先驱。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,化-锑化铝材料由超导电极连结,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,可以达到涧赫(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。
成就
赫伯特·克勒默和若列斯·阿尔费罗夫因将半导体异质结构发展应用于高速光电子元件中,与发明集成电路的杰克·基尔比分享了2000年诺贝尔物理学奖。
荣誉
1973年,电气电子工程师协会(IEEE),J.J.埃贝斯奖(J.J. Ebers Award)
1982年,国际砷化镓及相关化合物研讨会,海因里希-韦尔克-奖章(Heinrich-Welker-Medaille)
1983年,电气电子工程师协会电子器件学会,国家讲师奖(National Lecturer)
1986年,电气电子工程师协会,杰克·默尔敦奖(Jack Morton Award)
1994年,亚历山大·冯·洪堡研究奖(Alexander-von-Humboldt-Forschungspreis)
2000年,诺贝尔物理学奖
2001年,美国成就学院美国音效剪辑工会奖(Golden Plate Award)
2002年,IEEE荣誉奖章(IEEE Medal of Honor)
他还于1997年当选为美国国家工程院院士,以及2003年当选为美国国家科学院院士。
科研成果
1963年,他提出了双异质结构激光的概念,是这一领域的先驱之一,他所提出的概念远远超出了当时在半导体领域的研究水平。八十年代时,这种理念和相应的技术才被大量应用开来。在到加利福尼亚州大学从事实验研究之后,他研究出多种实用半导体技术,涵盖了高性能设备、材料研究、固态物理等诸多新兴领域。出色的研究成果曾为他赢得了多项国内外大奖。
瑞典皇家科学院10日宣布,俄罗斯科学家泽罗斯·阿尔费罗夫、美国科学家赫伯特·克勒默和杰克·基尔比,因在“信息技术方面的基础性工作”而获2000年诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院发布的新闻公报说,三位科学家“通过发明快速晶体管、激光二极管和集成电路”,为现代信息技术奠定了坚实基础。其中,阿尔费罗夫和克勒默将分享2000年一半的诺贝尔物理学奖奖金,以表彰他们在半导体异质结构研究方面的开创性工作。基尔比则因在发明集成电路中所作的贡献,而获得了总额为900万瑞典克朗(约合100万美元)的奖金的另一半。
现代信息技术近几十年深刻改变了人类社会,它的发展必须具备两个简单但又是基本的先决条件:一是快速,即短时间里传输大量信息;二是体积小,携带起来方便,在任何场合都能使用。三位科学家的成果满足了这两个要求。阿尔费罗夫与克勒默为满足上述第一个先决条件作出了重要贡献。他们发明的半导体异质结构技术,已广泛应用于制造高速光电子和微电子元件。所谓异质结构半导体,主要由很多不同带隙的薄层组成。通信卫星和移动电话基站等都采用了异质结构技术制造的快速晶体管。利用异质结构技术制造的激光二极管,也使光纤电缆传输因特网信息得以实现。半导体异质结构技术还可用于制造发光二极管,汽车刹车灯和交通灯等都用到发光二极管,常用的电灯在未来也有可能被发光二极管取而代之。
个人观点
克勒默是一位无神论者,他一直偏爱研究超前于主流技术的问题,他在1950年代发明了漂移晶体管,并首次指出通过引入异质结可以在各种半导体器件中获得优势。尤其是在1963年,他提出了双异质结激光的概念,这现在是半导体激光领域的核心概念。克勒默成为分子束外延的早期先驱者,专注于将该技术应用于未经尝试的新材料。
外部链接
参考资料
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