Академик
Грехов Игорь Всеволодович
Игорь Всеволодович Грехов родился 10 сентября 1934 года в Смоленске в семье школьных учителей.
В 1958 году окончил механико-технологический факультет Московского высшего технического училища (ныне — Московский государственный технический университет) им. Н.Э. Баумана по специальности «инженер-механик». В 1958-1962 гг. работал по распределению на заводе «Электровыпрямитель» в Саранске (Мордовская АССР): инженер, начальник лаборатории полупроводников. Далее вся его научная карьера была связана с Физико-техническим институтом (ФТИ АН СССР, с 1992 года — ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург): младший, старший научный сотрудник, заведующий сектором, лабораторией, отделом, Отделением твердотельной электроники. В настоящее время — главный научный сотрудник.
В 1982-1992 гг. — по совместительству профессор в Ленинградском политехническом институте (ныне, после ряда переименований, — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого). Читал курс лекций «Основы физики полупроводниковых приборов».
Член-корреспондент АН СССР с 1991 года, академик РАН с 2008 года — Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления.
Академик И.В. Грехов — крупнейший советский и российский учёный-физик. Область его научной деятельности: силовая полупроводниковая электроника, преобразовательная и импульсная техника, энергетика, электрофизика, сильноточная электроника, физика полупроводниковых приборов.
Он один из создателей новой отрасли промышленности в СССР — силового полупроводникового приборостроения, импульсной энергетики. Результаты его работ позволили радикально улучшить технический уровень всех энергопотребляющих отраслей промышленности. За это Грехов с коллегами были удостоены Ленинской премии 1966 г. — а Россия сейчас занимает в данной области лидирующие позиции в мире. Проведенный Греховым впоследствии цикл исследований привел к открытию нескольких физических явлений, позволивших разработать новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами, увеличившие на порядки максимальную импульсную мощность.
В начале своей научной карьеры при выборе специализации И.В. Грехов остановился на физике полупроводников — сфере знаний, которая начала формироваться в середине XX века, а затем стала драйвером научно-технической революции.
В 1967 году защитил кандидатскую диссертацию, в 1974 году защитил докторскую диссертацию «Физические процессы в мощных кремниевых приборах с p-n-переходами».
Наиболее важными результатами, полученными при участии И.В. Грехова, являются:
- Наблюдение эффекта равномерного переключения кремниевой тиристорной структуры при возбуждении импульсами YAG:Nd-лазера, создание быстрых мощных переключателей (10 кВ, 30 кА, время нарастания импульса 20 нс) на основе этого эффекта;
- Открытие фронтов ударной ионизации в высоковольтных p-n-переходах, запускаемых крутым импульсом напряжения; это явление используется в сверхбыстрых переключателях, таких как диодные лавинные обострители на эффекте задержанной ударной ионизации или динисторы с быстрой ионизацией, с временем нарастания импульса менее 100 пс;
- Изобретения 1982-1983 гг.: размыкающий переключатель нового типа – диод с резким восстановлением (ДДРВ, DSRD), способный работать в диапазоне импульсной мощности от единиц до сотен мегаватт, и реверсивно-включаемый динистор (РВД, RSD), позволяющий коммутировать токовые импульсы гигаваттной мощности при длительности в десятки и сотни микросекунд. Самый мощный полупроводниковый переключатель, использующий RSD, сейчас используется в Российском федеральном ядерном центре;
- Предсказание нового физического эффекта туннельного формирования фронта ионизации в кремниевых устройствах. Было показано, что этот фронт отвечает за чрезвычайно быстрое (~ 20 пс) переключение устройств;
- Техническая идея нового устройства, конкурирующего с IGBT, — интегрального тиристора с внешним полевым управлением. Это устройство имеет характеристики аналогичные характеристикам IGBT, но не требует такого совершенного технологического оборудования для производства;
- Создание устройств из карбида кремния (SiC) для силовой электроники, в частности размыкающих ключей на SiC диодах.
Исследования в лаборатории И.В. Грехова включают и некоторые другие проблемы физики полупроводниковых приборов: туннельные явления в МДП-структурах, элементы сегнетоэлектрической памяти, пористый кремний и сверхпроводящая керамика, водородная и электрохимическая энергетика.
Интересы И.В. Грехова охватывают все научно-организационные этапы: от теоретических исследований и изготовления тестовых образцов до координации массового производства силовых устройств, включая преобразователи. Вклад учёного, наряду с яркими достижениями как физика, именно в прикладные, производственные области поистине колоссален. Перечислим некоторые вехи в этом аспекте, частично повторяя сказанное выше.
Исследования, выполненные Греховым в 1967-1975 гг., привели к созданию нескольких классов новых приборов общепромышленного и специального назначения, которые составили значительную часть серийного выпуска советской промышленности и широко применяются в энергетике и в наши дни.
В 1975-1987 гг. им был выполнен цикл исследований, позволивший на порядки увеличить импульсную мощность полупроводниковых приборов и заложивший основу нового направления — силовой полупроводниковой импульсной электроники. В 1975 году он выдвинул идею о возможности возбуждения ударно-ионизационного фронта в полупроводниковых структурах, приводящего к их быстрому — субнаносекундному — переключению. Эта идея была экспериментально подтверждена в 1979 году на диодных, а затем динисторных структурах. Сейчас все мощные нано- и субнаносекундные полупроводниковые генераторы с емкостными накопителями базируются на этих приборах.
В 1983 году И.В. Грехов с сотрудниками показали, что в определенных условиях процесс восстановления мощного полупроводникового диода при переключении из прямого смещения на обратное происходит исключительно быстро — за единицы наносекунд и менее — и может стать физической базой для разработки мощных размыкателей тока в системах с индуктивными накопителями. Такие размыкатели — ДДРВ (DSRD) — сейчас являются основой наносекундных генераторов импульсов мощностью до сотен мегаватт.
Переключение мегаамперных токов за десятки микросекунд полупроводниковыми приборами стало возможным после того, как И.В. Грехов с сотрудниками разработали РВД (RSD) — прибор тиристорного типа, переключаемый однородно и одновременно по всей площади полупроводникового элемента любых размеров. На основе РВД разработаны самые мощные в мире полупроводниковые ключи (0.5 МА, 25 кВ) и многие другие устройства с уникальными характеристиками. Импульсные системы микро-, нано- и субнаносекундного диапазонов, базирующиеся на этих приборах, работают практически во всех развитых странах мира. За этот комплекс работ И.В. Грехову с сотрудниками в 1987 году была присуждена Государственная премия СССР, а в 2002 году — Государственная премия России за новые исследования в данном направлении.
В середине 2000-х под его руководством было внедрено в производство новое поколение силовых диодов и тиристоров, конкурентоспособных на мировом уровне, пользовавшихся спросом на мировом рынке.
Когда в Институте академика Г.А. Месяца в Екатеринбурге был открыт «SOS-эффект», позволивший резко — до десятков гигаватт — увеличить мощность полупроводниковых наносекундных размыкателей, И.В. Грехов принял активное участие в разработке и экспериментальной проверке физической модели этого эффекта. В 2001 году им с сотрудниками была показана принципиальная возможность возбуждения в полупроводниках сверхбыстрых туннельно-ударных ионизационных фронтов и создания мощных пикосекундных переключателей с уникальными характеристиками, в 2002 году был создан первый карбидкремниевый прибор импульсной электроники — субнаносекундный SiC-ДДРВ. В 2006 году ему была присуждена премия Правительства РФ как руководителю комплекса работ по созданию и освоению производства нового поколения мощных тиристоров и диодов.
В середине 2000-х годов И.В. Грехов провёл цикл исследований, в результате которых были разработаны новый прибор силовой микроэлектроники — интегральный тиристор с полевым управлением, а также сверхбыстрый диод, созданы конструкция и технология первых в России силовых приборов на основе карбида кремния — диодов Шоттки и интегральной структуры биполярного диода с диодом Шоттки, создан первый в мире карбидкремниевый прибор импульсной техники — наносекундный размыкатель тока. И.В. Грехов ведет работу по созданию в России силовой электроники на основе карбида кремния, что должно привести к радикальным изменениям в силовой преобразовательной и импульсной энергетике.
Начатая И.В. Греховым организация промышленного производства разработанных интегральных тиристоров с полевым управлением позволит резко уменьшить зависимость российской силовой электроники и преобразовательной техники от импорта элементной базы.
Под руководством И.В. Грехова в Физико-техническом институте создана научная школа, где успешно работает много молодых перспективных учёных, — он подготовил более 30 кандидатов наук, 10 его учеников впоследствии стали докторами наук.
И.В. Грехов — соавтор четырёх монографий, среди которых написанная с И.А. Линийчуком «Тиристоры, выключаемые током управления», свыше 600 научных статей и 200 изобретений. Имеет более 4000 цитирований своих научных работ, индекс Хирша — 25. Публиковался в журналах Solid-State Electronics, IEEE Transactions on Electron Devices и on Plasma Science, Journal of Applied Physics, УФН и других.
Специалистам хорошо известны его труды, написанные индивидуально или в соавторстве: «Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами», «Полупроводниковые наносекундные диоды для размыкания больших токов», «Лавинный пробой pn-перехода в полупроводниках», «Pulse power generation in nano- and subnano- second range by means of ionizing fronts in semiconductors: the state of the art and future prospects», «Импульсная генерация энергии в нано- и субнаносекундном диапазоне с помощью ионизирующих фронтов в полупроводниках: состояние дел и перспективы на будущее», «Силовая полупроводниковая электроника и импульсная техника», «Наносекундные полупроводниковые диоды для импульсной коммутации мощности», «Туннельные фронты ударной ионизации в полупроводниках» и др.
В 1975 году на крупном научном форуме IEDM в Вашингтоне И.В. Грехов представил обзор достижений силовой электроники в СССР того времени. Впоследствии он многократно выступал с приглашёнными докладами по сильноточным твердотельным приборам.
Игорь Всеволодович входил в состав редколлегии журнала РАН «Письма в Журнал технической физики». Эксперт РАН, являлся членом научного совета РАН по комплексной проблеме «Электрофизика, электроэнергетика и электротехника», членом Научного совета по мощной импульсной энергетике РАН, межведомственного совета по присуждению премий Правительства РФ в области науки и техники. Был участником Научно-координационного совета Федеральной целевой программы по развитию НПК России на 2008-2013 гг. Член Американского общества электро- и радиоинженеров; член Европейского общества сильноточной электроники.
И.В. Грехов — альпинист, кандидат в мастера спорта, совершивший в течение почти сорока лет свыше 150 восхождений, в том числе пятой категории сложности, дважды — на «семитысячники», работал инструктором, участвовал в спасательных работах в горах.
Награжден орденом «Дружбы народов», орденом Почёта, орденом Дружбы. Лауреат Ленинской премии, лауреат Государственной премии СССР, лауреат Государственной премии РФ, лауреат премии Правительства РФ, лауреат премии Правительства Санкт-Петербурга. Заслуженный изобретатель РСФСР.
Отмечен премией им. А.Ф. Иоффе правительства Санкт-Петербурга и Санкт-Петербургского научного центра РАН, юбилейной медалью «300 лет Российской академии наук». Ассоциация «Глобальная энергия» вручила ему Почетный Диплом — «За выдающийся вклад в развитие электроэнергетики».