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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Kalinowski, Jan

出品人:

页数:484

译者:

出版时间:2004-11

价格:$ 282.44

装帧:HRD

isbn号码:9780824759476

丛书系列:

图书标签:

• OLED
• 有机发光二极管
• 显示技术
• 材料科学
• 光电材料
• 半导体
• 电子工程
• 照明
• 新型显示
• 能源

书名：《先进光电子材料与器件》 第一章：半导体物理基础与能带理论 本章将深入探讨半导体材料的基本物理特性，为理解光电器件的工作原理奠定理论基础。我们将从晶体结构和电子在周期性势场中的运动规律入手，详细阐述德鲁德模型与自由电子理论的局限性，进而引入布洛赫定理和能带理论。重点分析导体、半导体和绝缘体在能带结构上的本质区别，以及有效质量的概念。 随后，章节将详细讨论本征半导体和掺杂半导体（n型和p型）的载流子浓度、费米能级及其温度依赖性。通过分析电子和空穴的输运机制——漂移和扩散，我们将引入霍尔效应和电导率的微观描述。最后，本章将介绍半导体中的复合过程，包括辐射复合和非辐射复合，为后续讨论发光和探测器件提供必要的物理图像。 第二章：半导体异质结与界面物理 光电器件的核心在于不同材料间的界面。本章聚焦于半导体异质结的物理特性及其在器件设计中的关键作用。我们将分析理想异质结的能带排列——包括I型、II型和III型结的能带偏移（Band Offsets）——以及肖特基势垒的形成。 详细探讨电子和空穴在异质结界面处的行为，特别是载流子限制效应（Carrier Confinement）。通过分析界面态（Interface States）对器件性能的影响，我们将介绍钝化技术和界面工程策略，以降低界面复合速度，提高器件效率。章节中还将涉及应变超晶格（Strained Superlattices）的理论基础，及其在控制量子限制效应中的应用，这对于高性能光电器件的设计至关重要。 第三章：光与物质的相互作用 本章是理解光电器件“光”的来源和“电”的响应的基础。我们将从量子电动力学的角度出发，探讨光子的吸收、受激辐射和自发辐射过程。重点分析半导体材料对光的吸收系数，及其与光子能量和材料带隙的关系。 详细阐述吸收过程的几种主要机制：带间跃迁、带内跃迁以及缺陷辅助跃迁。对于辐射过程，我们将讨论辐射复合的量子效率，并引入洛伦兹振子模型来描述材料的光学响应特性，例如折射率和消光系数。此外，本章还会介绍如何通过外部激励（如电场或机械应力）来调制材料的光学性质，为电光调制器和光声器件的设计打下基础。 第四章：半导体光发射器件：LED与激光器 本章专注于半导体光发射器件的原理、结构与性能优化。首先介绍发光二极管（LED）的工作机理，包括PN结、MS异质结的结构设计，以及载流子注入、复合和光子出射的全过程。重点分析如何通过材料选择（如直接带隙半导体）和结构工程来提高内部量子效率和光提取效率。章节中将对比传统LED、高亮度LED（HBLED）和紫外LED的结构差异与应用场景。 随后，章节转向半导体激光器。我们将详细阐述受激辐射与粒子数反转的物理基础，以及光学谐振腔（Fabry-Pérot腔、分布式反馈DFB腔）的设计对激光阈值电流和线宽的影响。重点讨论异质结激光器（如双异质结、量子阱激光器）的结构优势，包括载流子限制和光子限制如何有效降低阈值。最后，对表面发射激光器（VCSEL）的独特结构和低阈值特性进行深入分析。 第五章：光电探测器与成像技术 本章系统地介绍了半导体光电探测器的基本原理、关键性能参数和器件结构。我们将从光生载流子的收集机制出发，分析光电导型探测器和PN结光电二极管的响应特性。关键参数的讨论包括：响应度（Responsivity）、量子效率、暗电流、以及噪声等效功率（NEP）。 章节着重分析不同类型的探测器：PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）的工作原理与增益机制。随后，我们将转向成像应用，详细介绍电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的结构、工作模式和读出电路。对于红外探测，本章将讨论本征型和掺杂型红外探测器的区别，以及如何通过材料工程实现特定波段的响应。 第六章：光伏器件与能量转换 本章聚焦于半导体在光电能量转换中的应用，即太阳能电池。我们将首先回顾太阳光谱、AM1.5标准光谱，并引入光伏效应的基本原理——光生伏特效应。对电池的性能评估指标，如开路电压（$V_{oc}$）、短路电流密度（$J_{sc}$）、填充因子（FF）和光电转换效率（PCE）进行全面解析。 详细探讨PN结太阳能电池的工作机制，并分析背接触电池（IBC）和隧穿结太阳能电池等先进结构。本章将对比薄膜太阳能电池（如CIGS、CdTe）和晶体硅太阳能电池的优缺点。最后，我们将讨论多结太阳能电池的级联原理、串联电阻和失配损耗，以及用于提高效率的叠层和滤波技术。 第七章：光电子集成与先进制造技术 本章将目光投向光电子器件的集成化和微纳加工技术。介绍半导体材料的生长方法，包括分子束外延（MBE）和金属有机物化学气相沉积（MOCVD），强调这些技术对精确控制薄膜厚度和掺杂浓度的重要性。 重点讨论光刻、干法刻蚀（反应离子刻蚀RIE、深反应离子刻蚀DRIE）在构建微米和纳米结构中的应用。对于器件的封装和互连，本章将介绍键合技术（如热压键合、共晶键合）和先进的电学互连方法。最后，本章将探讨如何将不同功能的光电子元件（如激光器、调制器、探测器）集成在同一衬底或芯片上，实现光通信和光计算系统所需的模块化功能。

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