Introduction to Nanoelectronics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Vladimir V. Mitin

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2008-01-14

价格:USD 81.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521881722

丛书系列:

图书标签:

• 纳米电子学
• 电子学
• 纳米技术
• 半导体
• 固态物理
• 材料科学
• 微电子学
• 器件物理
• 电路
• 电子器件

《量子点光电器件：原理、设计与应用》 概述 《量子点光电器件：原理、设计与应用》一书深入探讨了基于量子点的光电器件这一前沿技术。量子点（Quantum Dots，QDs）作为一类具有独特尺寸效应和量子限制效应的半导体纳米晶体，因其可调谐的光谱特性、高荧光量子产率以及优异的电荷传输能力，在光电器件领域展现出巨大的应用潜力。本书系统阐述了量子点的基本物理原理、制备方法、器件结构设计、性能优化以及在多种光电器件中的具体应用，为从事相关领域研究的学者、工程师以及对该技术感兴趣的学生提供了全面而深入的参考。 内容详述 第一部分：量子点的基础理论与特性 本部分将详细介绍量子点产生的物理学根源及其由此衍生的关键特性。 第一章：纳米科学与量子点 从宏观世界到微观世界，介绍纳米科学的兴起及其重要性。 引出纳米材料中的尺寸效应，特别是量子尺寸效应，解释为何材料尺寸进入纳米尺度后会表现出与体材料截然不同的物理化学性质。 正式介绍量子点，将其定义为在三维空间上受到量子限制的半导体纳米晶体，并强调其直径通常在2-10纳米之间。 初步介绍量子点与传统半导体材料在能带结构上的差异，例如能带的离散化和带隙的尺寸依赖性。 第二章：量子点的电子结构与光学性质 深入阐述量子限制效应（Quantum Confinement Effect）。解释电子和空穴在纳米尺寸量子点中被束缚在三维空间中，导致能级发生离散化，形成类氢原子模型。 详细讲解能带结构如何依赖于量子点的尺寸。随着尺寸减小，量子限制效应增强，有效质量增加，导致带隙宽度增大，吸收和发射光谱向短波长（蓝移）移动。反之，尺寸增大则向长波长（红移）移动。 探讨激子（Exciton）的形成与性质。激子在量子点中的束缚半径（Bohr Radius）比量子点尺寸更小，因此激子是该体系中的基本光激发态。 讲解量子点的吸收光谱和发射光谱。介绍其通常具有窄而尖锐的吸收和发射峰，这是量子点的一个重要优势，便于颜色调控。 讨论量子产率（Quantum Yield）及其影响因素，如表面缺陷、表面配体、内部缺陷以及环境因素。高量子产率是实现高效光电器件的关键。 介绍光致发光（Photoluminescence, PL）和电致发光（Electroluminescence, EL）机制。 初步介绍等离激元（Plasmon）与量子点的相互作用，这在某些复合结构中可能对光电器件性能产生影响。 第三章：量子点的制备方法 系统介绍量子点的多种制备技术，从经典方法到最新发展。 溶液法制备： 热注入法（Hot-injection Method）： 详细介绍该方法，包括前驱体、溶剂、温度控制、反应时间等关键参数，以及如何通过控制这些参数来调控量子点的尺寸、形貌和组成。这是目前最常用且可实现大规模生产的方法之一。 微波辅助合成法（Microwave-assisted Synthesis）： 介绍微波加热的优势，如快速均匀加热，缩短反应时间，提高产率和可控性。 水热/溶剂热法（Hydrothermal/Solvothermal Synthesis）： 讲解在高温高压水或有机溶剂中进行的合成，适合制备特定晶相或具有特殊形貌的量子点。 光化学法（Photochemical Synthesis）： 介绍利用光能驱动的合成方法。 气相法制备： 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）： 介绍CVD技术在生长高质量、大面积量子点薄膜方面的应用。 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）： 讨论MBE在高精度控制量子点生长方面的优势，尤其是在制作具有复杂结构和掺杂的量子点时。 其他方法： 简要提及电化学合成、模板辅助合成等。 后处理与表面修饰： 介绍量子点制备后的清洗、分散、以及通过配体交换（Ligand Exchange）改变表面性质，以改善其溶解性、分散性、稳定性或增强其与基底/其他材料的界面相容性。 第二部分：量子点的器件结构设计与优化 本部分将聚焦于如何将量子点集成到实际的光电器件中，并对其性能进行优化。 第四章：量子点发光器件（QLEDs）的设计与原理 详细介绍QLEDs的基本工作原理，包括电注入、载流子传输、激子形成、以及载流子复合发光过程。 器件结构： 分析典型的QLEDs器件结构，例如： 透明导电氧化物（TCO）电极（如ITO） 空穴注入层（HIL） 空穴传输层（HTL） 量子点发光层（EML） 电子传输层（ETL） 电子注入层（EIL） 金属电极 材料选择与优化： 讨论不同功能层材料的选择标准（如功函数、能级匹配、载流子迁移率），以及如何通过材料优化来提高器件的效率和稳定性。 量子点发光层设计： 讨论量子点在发光层中的分散方式（溶液法旋涂、印刷等），载流子注入与传输的平衡，激子淬灭机制（如三线态激子淬灭、界面淬灭）及其抑制方法。 载流子平衡： 强调电子和空穴在发光层中的有效复合对器件性能的重要性，讨论如何通过调整传输层材料、厚度以及量子点本身的电学特性来平衡载流子。 界面工程： 探讨界面特性对载流子注入、传输以及激子复合效率的影响，以及如何通过表面修饰或插入界面层来优化界面。 高效化策略： 介绍提高QLEDs性能的技术，如使用高量子产率的量子点、优化激子形成效率、减少非辐射复合、以及设计高效的能量转移机制。 第五章：量子点光伏器件（QPVs）的设计与原理 深入解析QPVs（即量子点太阳能电池）的工作机理。 光电转换过程： 详细介绍光吸收、激子产生、激子离解（产生自由电子和空穴）、载流子分离、载流子传输以及电极收集等步骤。 器件结构： 分析常见的QPVs结构，例如： 透明导电电极 电子传输层（ETL） 量子点吸收层（EML/ABS） 空穴传输层（HTL） 背电极 活性层设计： 体异质结（Bulk Heterojunction, BHJ）结构： 介绍将量子点与聚合物或小分子给体/受体材料共混的策略，以促进激子分离。 异质结（Heterojunction）结构： 讨论在量子点层与传输层之间形成界面，促进激子离解。 量子点浓度的影响： 探讨量子点浓度对光吸收、激子产生和传输的影响。 激子离解机制： 重点讲解在量子点/传输层界面发生的激子离解过程，以及如何通过能级匹配来提高离解效率。 载流子传输与收集： 分析载流子在器件内的传输路径，以及如何减少复合损失，提高载流子收集效率。 光损失分析： 讨论不同类型的能量损失，如光学损失（反射、透射）、激子损失、电荷复合损失等，并提出相应的优化策略。 新型QPVs结构： 简要介绍串联电池、钙钛矿/量子点叠层电池等高性能QPVs结构。 第六章：其他量子点光电器件 量子点光探测器（QPDs）： 介绍QPDs的工作原理，包括光电流产生机制、响应率、响应时间等参数。讨论其在可见光、近红外光甚至X射线探测中的应用。 量子点传感器： 讲解利用量子点对特定物质（如化学分子、生物标记物）的荧光猝灭或增强效应，设计高灵敏度的传感器。 量子点激光器（QCLs）： 探讨量子点作为增益介质在固态激光器中的应用，特别是其窄带发射和可调谐性带来的优势。 量子点LED照明： 讨论QLEDs在下一代显示和照明技术中的应用，强调其广色域、高亮度、低功耗等特点。 第三部分：量子点光电器件的应用与未来展望 本部分将聚焦于量子点光电器件的实际应用领域，并对其发展趋势进行展望。 第七章：量子点光电器件的典型应用 显示技术： 详细阐述量子点在液晶显示器（QLED背光）和自发光量子点显示器（QLEDs）中的作用，以及其在提高色彩表现力、亮度、对比度和能效方面的优势。 照明技术： 讨论量子点在固态照明中的应用，例如实现高显色指数（CRI）的白光LED，以及提供可调色温的照明解决方案。 太阳能电池： 介绍量子点在提高太阳能电池光电转换效率、降低生产成本方面的潜力，以及在柔性、透明太阳能电池开发中的作用。 生物成像与诊断： 探讨量子点作为荧光探针在细胞成像、药物递送示踪、疾病诊断等生物医学领域的应用，强调其高亮度和多色标记能力。 先进传感技术： 介绍量子点在气体传感、化学传感、生物传感等领域的应用，突出其高灵敏度和选择性。 激光技术： 讨论量子点激光器在光通信、激光雷达、医疗美容等领域的潜在应用。 第八章：量子点光电器件的挑战与未来发展趋势 稳定性问题： 分析量子点在空气、光照、高温等条件下的稳定性问题，以及表面钝化、封装技术等解决策略。 成本控制与规模化生产： 探讨当前量子点制备成本较高的问题，以及如何通过优化合成工艺、回收利用贵金属等方式降低成本，实现大规模、低成本的生产。 环境友好性： 关注含重金属（如镉）量子点对环境的影响，介绍开发无镉或低毒性量子点（如InP、ZnSe、CuInS2等）的进展。 新型量子点材料与结构： 展望新型量子点材料（如二维量子点、量子线、量子棒、核壳结构量子点）以及混合材料体系（如量子点/钙钛矿、量子点/石墨烯）的研究方向。 器件集成与封装： 探讨如何将量子点器件与其他功能材料或器件进行高效集成，以及开发高性能、长寿命的封装技术。 理论计算与模拟： 强调理论计算在理解量子点物理机制、预测材料性能、指导器件设计方面的作用。 跨学科融合： 指出量子点光电器件的发展需要材料科学、物理学、化学、电子工程、光学工程等多个学科的紧密合作。 结论 《量子点光电器件：原理、设计与应用》一书旨在为读者提供一个关于量子点光电器件的全面、系统且深入的知识体系。通过对基础理论、制备方法、器件设计、性能优化以及实际应用的详细阐述，本书希望能激励更多研究者投入到这一充满活力和创新潜力的领域，共同推动量子点光电器件技术的进步，并最终实现其在未来科技和生活中的广泛应用。

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