Micro- and Opto-electronic Materials and Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Suhir, E. (EDT)/ Lee, Y. C. (EDT)/ Wong, C. P. (EDT)

出品人:

页数:1491

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 857.67

装帧:HRD

isbn号码:9780387279749

丛书系列:

图书标签:

• 微电子
• 光电子
• 材料科学
• 结构工程
• 半导体
• 光学
• 电子器件
• 纳米技术
• MEMS
• 传感器

光电材料与器件研究前沿：先进结构与性能调控 本书深入探讨了当前光电器件领域中最具活力和挑战性的研究方向，聚焦于新材料的开发、先进结构的构建以及性能的精细化调控。全书内容紧密围绕如何通过结构设计来提升光电器件的效率、稳定性和多功能性展开，涵盖了从基础物理原理到实际器件工程应用的多个层面。 第一部分：新兴半导体材料的物理与工程化 本部分系统地介绍了当前光电器件领域中，在传统硅基材料之外，展现出巨大潜力的几类新兴半导体材料。我们着重分析了这些材料在光吸收、载流子传输和激子动力学方面的独特物理特性。 1.1 钙钛矿材料的本征缺陷与稳定性机制 钙钛矿材料因其优异的光电转换效率和易于加工的特性，成为太阳能电池和LED领域的研究热点。本书详细剖析了钙钛矿材料中存在的各类本征缺陷，如空位、间隙离子以及晶界效应，并阐述了这些缺陷如何成为载流子复合中心、降低器件性能的关键因素。 我们采用了多种先进表征技术（如深度电荷捕获光谱、瞬态吸收光谱）的数据为基础，构建了缺陷容忍机制的理论模型。特别强调了界面工程在钝化表面和晶界缺陷中的作用，以及通过引入大分子有机阳离子或无机盐改性层来抑制卤素离子迁移率、提高长期稳定性的最新策略。内容涵盖了从A2BX6（A=有机/无机阳离子, B=金属离子, X=卤素）结构的角度，对不同组分钙钛矿的热力学稳定性和动力学降解路径进行了深入比较分析。 1.2 低维纳米结构的光学特性与量子限制效应 低维半导体纳米结构，包括量子点（QDs）、纳米线（NWs）和二维（2D）材料，因其尺寸依赖的量子限制效应，在光探测和发光领域具有不可替代的优势。本书详细阐述了量子尺寸效应如何改变材料的能带结构和光学跃迁概率。 在量子点部分，我们详细讨论了核壳结构（如CdSe/ZnS, InP/ZnS）的设计原理，如何通过核层提供光吸收，壳层提供钝化和保护，从而实现高量子产率和窄谱线发射。针对胶体量子点合成过程中的尺寸分散性问题，我们提出了基于微流控技术的精确尺寸控制方法，并讨论了如何利用表面配体化学调控其溶液加工性和器件集成性。 对于2D材料，如过渡金属硫化物（TMDs，如MoS2, WSe2），重点分析了其独特的“Moiré”超晶格效应在调节激子结合能和层间电荷转移中的作用。我们展示了如何通过层数控制和应变工程，实现对光吸收边和发射波长的精确调控，这对于开发新型光电探测器和单光子发射源至关重要。 第二部分：先进光电器件结构设计与界面物理 本部分将研究的重点从材料本身转移到如何将这些材料高效地集成到功能性器件结构中，特别是关注界面处的电荷传输和能量转换机制。 2.1 异质结与多结结构中的能带匹配 高效光电器件的核心在于优化能带结构以实现定向电荷分离和传输。本书深入研究了多种异质结结构，包括I型、II型和III型结的构建。 我们详细分析了P-N结、P-I-N结在光伏器件中的工作原理，并引入了“梯度异质结”的概念，通过在界面处连续调整组分或掺杂浓度，形成内建电场，有效分离光生载流子，抑制界面复合。对于多结器件（如串联太阳能电池），我们讨论了如何通过精确匹配各个子电池的带隙来最大化总体的开路电压和填充因子，并讨论了串联结构中电流失配的工程解决方案。 2.2 界面电荷传输层的设计与优化 器件性能往往受限于电极与活性层之间的界面接触质量。本章专门探讨了用于空穴传输层（HTL）和电子传输层（ETL）的有机/无电荷传输材料的物理化学特性。 我们对比了传统的有机小分子（如Spiro-OMeTAD）与聚合物基HTL的性能差异，并重点介绍了新型无机传输层（如NiOx, SnO2）的原子级制备技术。针对传输层与活性层之间的能级匹配问题，我们提出了引入界面修饰层（如自组装单分子层SAMs）来调控功函数，从而减小注入势垒，提高载流子抽取效率的先进技术。 2.3 激子管理与光萃取技术 在LED和光探测器中，如何有效地管理激子和光子是提升效率的关键。本书探讨了表面钝化技术在抑制激子界面复合中的作用，以及利用等离激元共振（Plasmon Resonance）增强光捕获的技术。 我们详细分析了结构光子学在光萃取中的应用，包括使用周期性微纳结构（如光栅、散射层）来增加光程，或者利用表面等离激元在活性层界面产生局域增强电磁场，从而提高光吸收截面和发光效率。 第三部分：先进器件集成与应用实例 本部分将理论和结构设计应用于具体的先进光电器件，展示了材料和结构创新如何转化为实用的高性能系统。 3.1 高速光电探测器的带宽限制与超快响应 针对通信和遥感领域对高速光电探测器的需求，本书分析了限制探测器带宽的关键因素，包括载流子传输速度、RC延迟和陷阱态导致的弛豫时间。 我们重点介绍了基于高迁移率材料（如III-V族半导体或高性能TMDs）构建的雪崩光电二极管（APD）和零偏置PIN光电二极管。此外，还深入讨论了利用光电导机制的探测器，如何通过工程化电场分布来提高响应速度，并探讨了如何通过优化吸收层厚度和电极设计来平衡信噪比与带宽。 3.2 光驱动化学反应与光催化应用 将光电子结构与催化活性位点相结合，是实现光驱动化学反应和高效水分解/二氧化碳还原的前沿领域。本书介绍了如何设计具有理想能带对（Type-II Heterojunction）的光电催化剂，以促进分离的光生载流子到达催化活性位点。 我们分析了光电化学电池的结构，探讨了电荷转移电阻、活性位点表面积以及光照强度对催化效率的影响。特别关注了集成光电极（Photoelectrochemical Cell, PEC）的设计，其中电极结构直接影响了光吸收和反应物传输的效率。 3.3 柔性与可穿戴光电器件的机械稳定性 随着可穿戴电子设备的发展，对光电器件的机械柔性提出了更高要求。本书从材料科学和器件工程角度，探讨了实现高柔性的关键挑战。 内容包括选择具有本征柔性的聚合物基底和活性材料，以及应对高应变下的导电通路断裂问题。我们介绍了“波纹状结构”、“蛇形互连”等机械工程设计策略，用于分散应力，维持器件在弯曲、拉伸状态下的电学性能。同时，分析了机械形变对材料晶格结构和界面接触电阻的动态影响模型。

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