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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Kalinowski, Jan

出品人:

頁數:484

译者:

出版時間:2004-11

價格:$ 282.44

裝幀:HRD

isbn號碼:9780824759476

叢書系列:

圖書標籤:

• OLED
• 有機發光二極管
• 顯示技術
• 材料科學
• 光電材料
• 半導體
• 電子工程
• 照明
• 新型顯示
• 能源

書名：《先進光電子材料與器件》 第一章：半導體物理基礎與能帶理論 本章將深入探討半導體材料的基本物理特性，為理解光電器件的工作原理奠定理論基礎。我們將從晶體結構和電子在周期性勢場中的運動規律入手，詳細闡述德魯德模型與自由電子理論的局限性，進而引入布洛赫定理和能帶理論。重點分析導體、半導體和絕緣體在能帶結構上的本質區彆，以及有效質量的概念。 隨後，章節將詳細討論本徵半導體和摻雜半導體（n型和p型）的載流子濃度、費米能級及其溫度依賴性。通過分析電子和空穴的輸運機製——漂移和擴散，我們將引入霍爾效應和電導率的微觀描述。最後，本章將介紹半導體中的復閤過程，包括輻射復閤和非輻射復閤，為後續討論發光和探測器件提供必要的物理圖像。 第二章：半導體異質結與界麵物理 光電器件的核心在於不同材料間的界麵。本章聚焦於半導體異質結的物理特性及其在器件設計中的關鍵作用。我們將分析理想異質結的能帶排列——包括I型、II型和III型結的能帶偏移（Band Offsets）——以及肖特基勢壘的形成。 詳細探討電子和空穴在異質結界麵處的行為，特彆是載流子限製效應（Carrier Confinement）。通過分析界麵態（Interface States）對器件性能的影響，我們將介紹鈍化技術和界麵工程策略，以降低界麵復閤速度，提高器件效率。章節中還將涉及應變超晶格（Strained Superlattices）的理論基礎，及其在控製量子限製效應中的應用，這對於高性能光電器件的設計至關重要。 第三章：光與物質的相互作用 本章是理解光電器件“光”的來源和“電”的響應的基礎。我們將從量子電動力學的角度齣發，探討光子的吸收、受激輻射和自發輻射過程。重點分析半導體材料對光的吸收係數，及其與光子能量和材料帶隙的關係。 詳細闡述吸收過程的幾種主要機製：帶間躍遷、帶內躍遷以及缺陷輔助躍遷。對於輻射過程，我們將討論輻射復閤的量子效率，並引入洛倫茲振子模型來描述材料的光學響應特性，例如摺射率和消光係數。此外，本章還會介紹如何通過外部激勵（如電場或機械應力）來調製材料的光學性質，為電光調製器和光聲器件的設計打下基礎。 第四章：半導體光發射器件：LED與激光器 本章專注於半導體光發射器件的原理、結構與性能優化。首先介紹發光二極管（LED）的工作機理，包括PN結、MS異質結的結構設計，以及載流子注入、復閤和光子齣射的全過程。重點分析如何通過材料選擇（如直接帶隙半導體）和結構工程來提高內部量子效率和光提取效率。章節中將對比傳統LED、高亮度LED（HBLED）和紫外LED的結構差異與應用場景。 隨後，章節轉嚮半導體激光器。我們將詳細闡述受激輻射與粒子數反轉的物理基礎，以及光學諧振腔（Fabry-Pérot腔、分布式反饋DFB腔）的設計對激光閾值電流和綫寬的影響。重點討論異質結激光器（如雙異質結、量子阱激光器）的結構優勢，包括載流子限製和光子限製如何有效降低閾值。最後，對錶麵發射激光器（VCSEL）的獨特結構和低閾值特性進行深入分析。 第五章：光電探測器與成像技術 本章係統地介紹瞭半導體光電探測器的基本原理、關鍵性能參數和器件結構。我們將從光生載流子的收集機製齣發，分析光電導型探測器和PN結光電二極管的響應特性。關鍵參數的討論包括：響應度（Responsivity）、量子效率、暗電流、以及噪聲等效功率（NEP）。 章節著重分析不同類型的探測器：PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）的工作原理與增益機製。隨後，我們將轉嚮成像應用，詳細介紹電荷耦閤器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器的結構、工作模式和讀齣電路。對於紅外探測，本章將討論本徵型和摻雜型紅外探測器的區彆，以及如何通過材料工程實現特定波段的響應。 第六章：光伏器件與能量轉換 本章聚焦於半導體在光電能量轉換中的應用，即太陽能電池。我們將首先迴顧太陽光譜、AM1.5標準光譜，並引入光伏效應的基本原理——光生伏特效應。對電池的性能評估指標，如開路電壓（$V_{oc}$）、短路電流密度（$J_{sc}$）、填充因子（FF）和光電轉換效率（PCE）進行全麵解析。 詳細探討PN結太陽能電池的工作機製，並分析背接觸電池（IBC）和隧穿結太陽能電池等先進結構。本章將對比薄膜太陽能電池（如CIGS、CdTe）和晶體矽太陽能電池的優缺點。最後，我們將討論多結太陽能電池的級聯原理、串聯電阻和失配損耗，以及用於提高效率的疊層和濾波技術。 第七章：光電子集成與先進製造技術 本章將目光投嚮光電子器件的集成化和微納加工技術。介紹半導體材料的生長方法，包括分子束外延（MBE）和金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD），強調這些技術對精確控製薄膜厚度和摻雜濃度的重要性。 重點討論光刻、乾法刻蝕（反應離子刻蝕RIE、深反應離子刻蝕DRIE）在構建微米和納米結構中的應用。對於器件的封裝和互連，本章將介紹鍵閤技術（如熱壓鍵閤、共晶鍵閤）和先進的電學互連方法。最後，本章將探討如何將不同功能的光電子元件（如激光器、調製器、探測器）集成在同一襯底或芯片上，實現光通信和光計算係統所需的模塊化功能。

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