Nitride Semiconductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC

作者:Nakamura, Shuji (EDT)/ Chichibu, Shigefusa F./ Nakamura, Shuji/ Chichibu, Shigefusa F. (EDT)

出品人:

页数:386

译者:

出版时间:2000-06

价格:USD 159.95

装帧:Library Binding

isbn号码:9780748408368

丛书系列:

图书标签:

• http://book.douban.com/subject/
• 氮化物半导体
• 蓝色激光
• 发光二极管
• 半导体激光器
• LED
• 材料科学
• 光电子学
• 器件物理
• 氮化镓
• InGaN

探索光的奥秘：发光材料的科学与应用 引言 光，作为我们感知世界的基础，其背后蕴藏着深邃的科学原理与日新月异的技术革新。从古老的火把到现代的LED照明，人类对光的驾驭能力不断提升，极大地改变了我们的生活方式和文明进程。本书将带领读者深入探索那些能够自主发光的材料，特别是近年来在科技领域引发广泛关注的发光二极管（LED）和激光二极管（LD）所依赖的关键材料体系。我们将超越具体的器件类型，聚焦于发光材料本身的基础物理、化学特性，以及它们如何被设计、制备和应用，从而点亮我们的世界，并开启全新的技术可能性。 第一章：发光材料的物理基础——量子世界的光芒 光，本质上是电磁波，其能量的产生与粒子的量子跃迁息息相关。本章将从最基础的物理原理出发，揭示发光材料为何能够发光。 原子与电子的能级结构： 我们将从原子的微观结构入手，介绍电子在原子核外运动时所处的特定能量状态，即能级。这些能级并非连续分布，而是离散的，就像楼梯的台阶一样。 激发态与基态： 当材料吸收能量（如电能、光能）时，电子会被“提升”到更高的能级，形成激发态。然而，激发态是不稳定的，电子会倾向于回到能量较低的基态。 辐射跃迁与光子发射： 电子从高能级跃迁回低能级时，多余的能量会以光子的形式释放出来。光子的能量恰好等于两个能级之间的能量差。这就是发光材料产生光的基本机制。 能带理论： 在固体材料中，原子的能级会相互叠加，形成连续的能带。本章将介绍价带、导带以及它们之间的带隙。半导体材料之所以能成为发光器件的核心，与其特殊的能带结构密切相关。 带隙与发光颜色： 不同材料的能带结构是不同的，这导致了它们电子跃迁时释放的光子能量也不同，从而决定了发光的颜色。宽带隙材料倾向于发出高能量的光（如蓝色、紫外光），而窄带隙材料则发出低能量的光（如红色、红外光）。 发光效率： 并非所有的能量损失都会转化为光。材料内部存在各种非辐射跃迁机制，会将能量以热能等形式散失。因此，理解和提高发光效率是发光材料研究的关键。 第二章：发光材料的化学之道——元素的选择与合成 要获得特定的发光特性，关键在于选择合适的化学元素及其化合物，并掌握有效的合成方法。本章将深入探讨发光材料的化学组成和制备工艺。 半导体材料的化学基础： 介绍构成发光二极管和激光二极管的核心半导体材料，例如III-V族化合物半导体（如砷化镓、磷化镓、氮化镓等）、II-VI族化合物半导体（如硒化锌、硫化镉等）以及一些新型量子点材料。 掺杂与固溶体： 通过在半导体材料中引入微量的其他元素（掺杂），可以极大地改变其导电性和发光特性。本章将讨论不同掺杂剂的作用，以及如何通过改变掺杂浓度来调控发光波长和效率。同时，也会介绍固溶体材料，即两种或多种材料混合形成均匀相的材料，它们可以通过调整组分比例来获得连续的光谱特性。 晶体生长技术： 高质量的晶体是高性能发光器件的基础。本章将介绍几种主流的晶体生长技术，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）等，并分析这些技术在控制材料成分、晶体结构和表面形貌方面的优势。 量子结构的设计： 介绍超晶格、量子阱、量子点等纳米结构的设计原理。这些结构可以显著改变材料的电子和光学性质，实现更高效、更窄带的光发射，甚至实现多色发光。 材料的稳定性与可靠性： 探讨影响发光材料稳定性的因素，如氧化、腐蚀、热稳定性等，以及如何通过材料设计和封装技术来提高器件的长期可靠性。 第三章：发光材料的应用领域——点亮生活，驱动未来 发光材料的进步极大地推动了众多领域的革新，从日常照明到尖端科技，它们的身影无处不在。 通用照明： 介绍LED照明技术如何凭借其高能效、长寿命和可调性，逐步取代传统的白炽灯和荧光灯，成为新一代的主流照明解决方案。探讨LED在家庭、商业、工业照明中的广泛应用，以及其在节能减排方面的巨大潜力。 显示技术： 阐述LED在平板显示器（如LCD背光源、OLED显示屏）中的关键作用。从手机屏幕到电视，LED技术提供了更鲜艳的色彩、更高的对比度和更低的功耗。 通信领域： 介绍LED和LD在光纤通信中的重要性。它们作为光源，将电信号转化为光信号，实现信息的高速、远距离传输，是现代互联网和信息时代不可或缺的基石。 医疗健康： 探讨发光材料在医疗诊断和治疗中的应用，例如生物成像、光动力疗法（PDT）等。某些特定波长的光能够穿透组织，用于疾病的检测或激活药物进行治疗。 工业与科研： 介绍LED和LD在激光焊接、激光切割、精密测量、光谱分析等工业应用中的作用。同时，也提及它们在基础科学研究中的重要性，如在光谱学、光化学等领域作为光源的用途。 新兴应用： 展望发光材料在智能照明、汽车照明、植物照明、固态照明等新兴领域的未来发展趋势，以及它们可能带来的全新用户体验和技术突破。 第四章：发光材料的挑战与未来展望 尽管发光材料技术取得了巨大的进步，但仍然面临着诸多挑战，同时也孕育着无限的创新机遇。 效率的进一步提升： 尽管LED效率已远超传统光源，但理论上的效率极限仍未达到。如何进一步减少非辐射复合，提高内量子效率和外量子效率，是研究的重点。 新材料的探索： 寻找具有更高效率、更优异性能、更低成本的发光材料，是持续的研究方向。例如，对于深紫外LED和高效红色LED的突破，仍然是科学界追求的目标。 器件结构的优化： 不仅是材料本身，器件的结构设计同样重要。通过优化电极、衬底、散热等结构，可以进一步提升器件的性能和寿命。 环保与可持续性： 关注发光材料的生产过程对环境的影响，开发更环保、更易回收的材料和制备工艺，是未来发展的重要考量。 集成与智能化： 将发光材料与微电子、传感器等技术相结合，实现功能集成和智能化控制，将是未来智能照明、可穿戴设备等领域的发展趋势。 跨学科的合作： 发光材料的研究是一个高度跨学科的领域，需要物理学、化学、材料学、工程学等多个学科的紧密合作，才能不断推动技术的进步。 结语 从微观的量子跃迁到宏观的光照万物，发光材料的故事是一部不断挑战极限、创造奇迹的篇章。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解发光材料背后的科学原理，欣赏其应用之广泛，并一同展望它们在未来点亮更美好的世界。

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这本书在理论深度上展现出了令人敬畏的专业水准，它似乎完全没有“面向初学者”的顾虑，直击当前行业内最尖端、最具争议性的技术瓶颈。书中对InGaN材料系中“效率俄歇复合”（Efficiency Droop）现象的探讨尤为深刻，作者引用了多项最新的实验数据和第一性原理计算结果，详细对比了电荷俘获模型、载流子聚集模型以及微结构诱导模型各自的优劣和适用范围，甚至还穿插了几位领域内顶尖学者之间的“学术交锋”摘要，让读者仿佛置身于一场高水平的国际研讨会现场。对于我们这些致力于提升蓝光器件效率上限的研究人员来说，书中提供的那些关于应变工程（Strain Engineering）和优化量子点尺寸分布的量化指导，具有极强的实践指导意义，它们不是泛泛而谈的定性描述，而是可以直接转化为实验参数优化的具体数据支撑，这种硬核的知识输出，是市场上大多数综述性书籍所无法企及的。

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初翻阅这本专业著作时，我立刻被其宏大的叙事结构所吸引。它并非将氮化物半导体技术的发展史简单地线性罗列，而是采用了多维度交叉分析的复杂叙事方式。开篇没有急于进入复杂的能带理论计算，而是巧妙地从早期III族氮化物晶体生长中的“俄克拉荷马州噩梦”——异质衬底导致的晶格失配问题入手，深入剖析了科学家们如何通过精妙的缓冲层设计，逐步驯服这些“野性”材料。随后，章节逻辑层层递进，从材料的制备工艺，如MOCVD和MBE的关键工艺窗口控制，到核心的器件物理，如异质结界面处的载流子限制和复合效率优化，构建了一个完整且自洽的技术知识体系。我特别欣赏作者在讨论量子阱结构设计时所展现的“手术刀”般的精准度，他不仅仅是描述了“做什么”，更深入地解释了“为什么必须这么做”的内在物理驱动力，这使得原本枯燥的半导体物理概念瞬间变得生动而富有逻辑张力，极大地提升了学习的效率和趣味性。

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这本书在处理技术历史演进脉络时，展现出了一种非常成熟的批判性思维。它没有将GaN蓝光激光器的发明过程塑造成一个简单的、一帆风顺的“英雄故事”，而是着重强调了其中的多次技术迭代和路线选择的艰难性。例如，作者详细梳理了早期P型GaN掺杂的“自补偿效应”是如何长期困扰研究人员，以及最终通过高温激活或Mg-H钝化等技术才得以突破的曲折路径。这种对“错误”和“失败”的坦诚回顾，比单纯赞美成功更具教育意义。它让读者明白，科学的进步往往是建立在对基础物理机制的深刻理解和对实验参数的耐心试错之上的。通过这种方式，这本书不仅传授了知识，更传递了一种严谨、不畏挫折的科研态度，对于正在进行创新性研究的年轻学者来说，这种精神层面的熏陶价值无可估量。

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这本书的装帧设计着实引人注目，硬壳封面采用了深邃的蓝色调，触感细腻，仿佛让人联想到夏夜里晴朗的天空，又或是深海的幽静。封面上那枚微缩的激光二极管图案，用银色的烫金工艺精致呈现，光影流转间，科技感十足。内页的纸张选用上乘的哑光铜版纸，墨迹饱满而不反光，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。排版布局上，作者显然下足了功夫，每一章节的标题都采用了清晰易读的无衬线字体，而正文部分则选择了经典的衬线字体，使得信息层次分明，阅读起来十分流畅。尤其值得称赞的是，书中大量的实验数据图表和器件结构剖面图，不仅绘制得极为精确，色彩还原度也非常高，对于我们这些需要依赖视觉信息来理解复杂物理过程的研究者来说，这简直是福音。从这份对书籍物理形态的极致追求来看，我能感受到出版方对内容价值的充分尊重，也预示着其中蕴含的知识深度绝非泛泛之谈，它不仅仅是一本教材，更像是一件值得收藏的工艺品，摆在书架上都让人心生敬意。

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我发现这本书在描述光电转换效率的实际应用层面，处理得极其务实和接地气。它没有停留在纯粹的半导体物理层面，而是将视角拉到了最终产品的集成与可靠性上。其中一个章节专门分析了封装技术对LED光衰减和光束控制的影响，这往往是教科书会忽略的环节。作者详细对比了不同的倒装芯片（Flip-Chip）结构对散热路径的优化效果，并用热阻模型解释了如何通过改进热沉材料和界面粘合剂，将工作结温控制在一个可接受的范围内，从而延长器件寿命。此外，书中还涉及了驱动电路兼容性的讨论，例如如何设计电流注入机制以减少热点形成，以及不同工作电流下的光谱漂移现象。这种从原子尺度到产品封装的完整链条式解读，让读者对“制造出一颗稳定、高效的蓝光器件”所涉及的复杂工程挑战有了全面而清醒的认识，避免了理论脱离实际的空泛感。

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太学术了艾玛

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