Herbert Kroemer Heteroyapıyı Kâğıda Yazan Dahi

Herbert Kroemer, farklı yarıiletkenlerin ince katmanlar halinde birleştirildiği heteroyapının yüksek hızlı transistör ve yarıiletken lazer için neden gerekli olduğunu hesaplayan Almanya doğumlu Amerikalı fizikçidir.

2000 Nobel Fizik Ödülü’nün dörtte birini Zhores Alferov ile paylaştı. Gerekçe: yüksek hız ve optoelektronikte kullanılan yarıiletken heteroyapıların geliştirilmesi. Ödülün diğer yarısı, entegre devre için Jack S. Kilby’ye verildi. Ödülü İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi verdi.

Herbert Kroemer Biyografisi

Kroemer, 25 Ağustos 1928’de Weimar’da doğdu. Üç kardeşin en büyüğüdür. 1947’de Jena Üniversitesi’nde fizik okumaya başladı; Friedrich Hund’un dersleri bu dönemin kayıtlı etkisidir. Doğu Almanya’da siyasi baskı artınca, Berlin Hava Köprüsü sırasında Siemens’teki yaz stajından boş bir uçakla Batı Berlin’e geçti. Göttingen Üniversitesi başvuruları önce reddedildi. Jena’dan bir tavsiye mektubu üzerine Richard Becker, Wolfgang Paul ve Robert Pohl ile görüştü; görüşme fiilen bir sınavdı. İki açık kontenjandan birine alındı.

Doktorasını Fritz Sauter’in yanında yaptı. Tez, 1952’de tamamlandı: yeni icat edilmiş transistördeki sıcak elektron etkileri. Sauter’in iki ısrarı sonraki üslubunu tanımlar. Önce formüle et; sonra formülün hangi fiziği anlattığını söyle. Kroemer, problemi sadeleştirip sonucun ölçülebilir olup olmadığına bakan bir teorisyen olarak kaldı.

ABD’ye geçişi 1950’lerin ortasındadır. RCA Laboratuvarları, Princeton, 1954–1957. Varian Associates, Palo Alto, 1959–1966. Colorado Üniversitesi Boulder’da elektrik mühendisliği profesörü, 1968–1976. 1976’da California Üniversitesi Santa Barbaraya geçti; elektrik ve bilgisayar mühendisliği ile malzeme bölümlerinde ortak kadro. 2012’de emeritus oldu. UCSB’ye geldiğinde program büyük ölçüde silikona kilitliydi. Kroemer, galyum arsenit ve indiyum fosfit gibi bileşik yarıiletkenleri araştırma programının merkezine aldı. Bölümün bileşik yarıiletken hattının kurulması bu tercihe bağlıdır.

8 Mart 2024’te, 95 yaşında öldü. Ölümü UCSB duyurdu.

Herbert Kroemer’in Başarıları

1957’de, RCA’dayken, tek malzemeden yapılan transistörün sınırını hesapladı. Yayıcı ile taban arasına bant aralığı daha geniş bir yarıiletken konursa, taşıyıcılar enjeksiyon verimi yükselir; aygıt daha yüksek frekansta kuvvetlendirici olarak çalışır. Bu, heteroyapılı bipolar transistör (HBT) önerisidir. Dönemin kristal büyütme tekniği, farklı örgü sabitlerine sahip malzemeleri kusursuz arayüzle birleştiremiyordu. Öneri uygulanamadı; “hesap doğru, üretim yok” hükmüyle rafa kalktı. Britannica’nın özeti nettir: sonraki ölçümler, heteroyapılı transistörlerin geleneksel transistörlerden yaklaşık 100 kat yüksek frekansta çalışabildiğini gösterdi. “Yüzlerce kat” iddiası kaynaklarda sabit bir katsayı değildir.

1963’te ikinci öneri geldi: çift heteroyapılı lazer. Aktif bölge, bant aralığı daha geniş iki katman arasına sıkıştırılır. Taşıyıcılar ve fotonlar aynı ince hacimde tutulur. Eşik akımı düşer; oda sıcaklığında sürekli çalışma teorik olarak mümkün hale gelir. Aynı yıl, bağımsız olarak, Zhores Alferov da bu çerçeveyi yazdı. Nobel’in resmi özetindeki “lazer olarak çalışan bir heteroyapı kurdu” ifadesi cihazın 1963’te Kroemer tarafından üretildiği anlamına gelmez. Kroemer kavramı verdi. İlk pratik heteroyapılı elektronik aygıt, 1966’da Alferov’un grubunda yapıldı. Çalışan çift heteroyapılı lazer de Sovyet ekibinin ve ardından Bell Laboratuvarları hattının işidir.

Üretim gecikmesi bir laboratuvar kazası değildir. Moleküler demet epitaksisi (MBE), atomik katman kontrolü sağlayan büyütme yöntemidir; mucidi Kroemer değildir. Yöntem 1960’ların sonunda Bell’de Alfred Cho ve arkadaşlarınca olgunlaştırıldı. Kroemer, 1970’lerde UCSB’de MBE’yi heteroyapı programının aracı yaptı. Galyum fosfitin silikon üzerine büyütülmesi ve InAs/(Al,Ga)Sb gibi örgü uyumsuz kombinasyonlar bu dönemin deneyleridir. Amaç mevcut silikon hattını parlatmak değil, denenmemiş arayüzlerin elektronikte ne açtığını ölçmekti.

Teknolojiye bağlanan sonuçlar şunlardır. Çift heteroyapılı yarıiletken lazer, fiber optik hattın verici ucudur; alıcı uçtaki fotodetektörler de heteroyapı ailesindendir. HBT, uydu ve mobil haberleşmede yüksek frekanslı kuvvetlendirme için kullanılır. CD ve barkod okuyucularındaki kırmızı yarıiletken lazer, LED aydınlatmanın yüksek parlaklıklı kolları ve uydu alıcıları aynı malzeme mantığının türevleridir. Kroemer fiber optiğin veya internetin tek başına kurucusu değildir. Kilby entegre devreyi, Alferov çalışan heteroyapı aygıtını, Kroemer aygıtın neden heteroyapı olmak zorunda olduğunu koymuştur. Üçü olmadan 2000’deki bilgi altyapısı açıklanamaz; üçünü tek kişiye yazmak da kaydı bozar.

Kayıtlı ödüller: Nobel Fizik Ödülü (2000, pay 1/4), Almanya Federal Cumhuriyeti Liyakat Nişanı Büyük Haçı (2001), IEEE Onur Madalyası (2002). ABD Ulusal Bilimler Akademisi ve Ulusal Mühendislik Akademisi üyesidir.

Çalışma ilkesi, meslektaş aktarımında tekrar eder: popüler konu, yarının rutinidir; ölçülecek problem henüz kimsenin yazmadığı arayüzdedir. Öğrencilerine aktardığı Houtermans sözü bir yöntem uyarısıdır. Çift logaritmik grafikte büyükannesi bile düz çizgiye oturur. Uyum, fizik kanıtı değildir.