Semiconductor Optoelectronic Devices, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Pallab Bhattacharya

出品人:

页数:613

译者:

出版时间:1996-11-19

价格:USD 92.40

装帧:Paperback

isbn号码:9780134956565

丛书系列:

图书标签:

• Semiconductor
• Optoelectronics
• Devices
• Physics
• Engineering
• Materials Science
• Photonics
• Electronics
• Second Edition
• Textbook

光电器件物理与应用：基础理论与前沿进展 图书简介 本书系统而深入地探讨了半导体光电器件的物理基础、设计原理、制造工艺以及在现代通信、传感和能源领域的前沿应用。它旨在为本科高年级学生、研究生以及相关领域的工程师和研究人员提供一个全面、扎实的知识框架，从最基本的半导体物理概念出发，逐步深入到复杂的光电器件结构和工作机制。 第一部分：半导体光电器件的物理基础 本部分奠定了理解所有光电器件工作原理所需的理论基石。 第一章：半导体基础物理回顾 本章首先回顾了晶体结构、能带理论、有效质量、载流子输运等半导体核心概念。重点阐述了本征半导体、N型和P型掺杂半导体的电学特性，以及费米能级在不同温度和掺杂浓度下的变化规律。随后，详细分析了半导体中的复合机制，包括辐射复合（直接和间接带隙）和非辐射复合（俄歇复合和缺陷辅助复合），这些机制直接决定了器件的发光效率和吸收性能。引入了德鲁德模型和玻尔兹曼近似，为后续的电流密度方程推导做准备。 第二章：光与物质的相互作用 深入探讨了光子与半导体材料的相互作用，这是所有光电器件功能的基础。内容涵盖了光吸收过程的详细机制，包括光生载流子的产生率、吸收系数与光子能量的关系，并区分了带间跃迁和带内跃迁。同时，讨论了光发射过程，包括自发辐射和受激辐射的量子力学描述，强调了爱因斯坦的自发辐射系数与受激辐射系数之间的关系。此外，还分析了光在半导体界面上的反射和折射现象，并引入了薄膜光学和抗反射涂层的基本原理，这对提高器件的光耦合效率至关重要。 第三章：半导体异质结与界面物理 异质结是现代高性能光电器件的核心结构。本章详细分析了不同能带结构半导体材料（如I型、II型、III型异质结）的能带对齐方式。着重讨论了肖特基势垒和PN结的建立，以及异质结界面处载流子的行为，包括界面态的形成、势垒高度的修正以及界面复合机制。引入了能带弯曲的定量分析，并解释了异质结如何通过能带工程来约束载流子和光子，从而显著提高器件的性能。 第二部分：关键光电器件的工作原理与设计 本部分聚焦于实际中应用最广泛的几类光电器件，剖析其结构、操作模式及性能参数。 第四章：光探测器与光电二极管 本章系统介绍了光电二极管（PD）的结构、工作模式（光导模式与光伏模式）和性能指标。详细分析了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的设计原理，解释了如何通过优化吸收层厚度和掺杂特性来平衡响应速度和量子效率。对噪声理论进行了深入探讨，包括散粒噪声、热噪声和暗电流噪声，并推导了信噪比（SNR）的表达式，这是衡量光探测器性能的关键指标。 第五章：发光二极管（LED） LED是重要的光源。本章从辐射复合效率出发，解释了LED的发光机理和效率限制因素。重点讨论了PN结LED、异质结LED和量子阱LED的设计，强调了如何通过材料选择（如直接带隙材料）和结构优化（如限制载流子和光子）来提高内量子效率和外量子效率。详细分析了不同类型的LED：标准LED、高亮度LED（HB-LED）和表面发光激光器（VCSEL）的结构差异和应用侧重。 第六章：半导体激光器基础 激光器的核心在于受激辐射的受控实现。本章首先阐述了激光器的工作条件，包括粒子数反转的建立和光学谐振腔的原理。随后，详细分析了半导体激光器的关键组件：增益媒质（如双异质结结构）、载流子注入机制和腔体设计（如DFB、DBR激光器）。关键性能参数如阈值电流密度、边模抑制比（SMSR）和光电转换效率得到了详尽的数学推导和物理阐释。 第七章：光调制器与波导器件 随着高速光通信的发展，光调制器的重要性日益凸显。本章介绍了利用电光效应（如Pockels效应和Kerr效应）和载流子浓度变化调制折射率或吸收系数的原理。重点分析了马赫-曾德尔干涉调制器（MZM）和电吸收调制器（EAM）的结构设计和性能指标，如消光比和带宽。此外，简要介绍了半导体光波导的基本理论，包括模式限制机制和损耗分析。 第三部分：制造工艺、先进材料与未来方向 本部分关注器件的实际实现过程和新兴技术趋势。 第八章：半导体光电器件制造技术 本章概述了实现高性能光电器件所必需的微纳加工技术。内容涵盖了衬底制备、外延生长方法（如MBE和MOCVD）的原理和优缺点。详细介绍了光刻、刻蚀（干法和湿法）等关键图案化技术，以及钝化、金属化和键合工艺。强调了界面质量控制和缺陷管理在制造高可靠性器件中的关键作用。 第九章：新型半导体材料与器件 本章展望了半导体光电器件的未来发展方向，特别是新兴材料体系的应用。深入讨论了宽禁带半导体（如GaN及其在深紫外光电器件中的应用潜力）、III-V族磷化物在光纤通信波长范围内的优势，以及钙钛矿材料在光伏和光探测领域带来的变革。此外，也探讨了量子点和量子阱结构如何通过尺寸量子化效应来调控光电器件的性能。 第十章：集成光电子与系统应用 最后，本章探讨了如何将多种光电器件集成到一个芯片上，形成光子集成电路（PIC）。讨论了材料平台选择（如硅光子学与III-V族集成）、无源与有源器件的集成挑战。最后，结合实际案例，分析了光电器件在高速数据中心互连、生物传感、环境监测和下一代光伏系统中的具体应用架构和技术要求。 本书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，内容严谨、图文并茂，是理解和开发现代半导体光电器件的权威参考资料。

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从结构编排的角度来看，这本书的逻辑组织严密得令人叹服，仿佛一位技艺精湛的建筑师设计出的宏伟蓝图。它不像一些参考书那样，章节之间显得松散或重复，而是呈现出一种清晰的、由浅入深的线性发展脉络。开篇对光与物质相互作用的量子力学基础进行了扎实的铺垫，随后水到渠成地过渡到PN结和PIN结构，最后将这些基础知识汇聚到复杂的多层结构器件的性能分析上。最妙的是，作者在相邻章节之间设置了精巧的“知识锚点”——在讲解新原理时，总会巧妙地回顾前一章节的关键公式或结论，确保读者不会因为知识断层而迷失。这种设计，使得即便是跨越几个月时间间隔再次翻阅这本书，也能迅速重新进入到作者设定的知识流中，极大地提高了复习效率。这种编排上的匠心，使得这本书不仅适合一次性学完，更适合作为长期工作中的案头工具书，随时可以查阅到所需知识点的上下文语境。

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这本书的叙述语言风格，简直是为那些希望深入理解基础物理机制的工程师和研究人员量身定制的。它不像某些入门读物那样，只是浅尝辄止地介绍概念和应用，而是毫不避讳地深入到半导体物理、量子力学在光电效应中的具体应用等核心领域。作者在阐述诸如载流子输运、光吸收系数的计算、以及不同能带结构对发光效率影响时，所采用的逻辑推演和数学模型的建立过程极其严谨且富有层次感。我特别欣赏它在引入新概念时，总是先从其背后的基本原理出发，层层递进，构建起完整的知识体系框架，而不是直接抛出复杂的公式。即便是面对像异质结界面钝化这种晦涩的主题，作者也能用一种近乎于讲故事的方式，将复杂的物理过程拆解成易于理解的小模块。阅读过程中，我常常需要停下来，拿起笔在旁边的空白处进行演算和推理，这种主动的思考过程，极大地加深了我对内容掌握的深度。它要求读者付出相应的努力，但回报绝对是巨大的——它训练的不是死记硬背，而是科学的思维方式。

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这本书最大的特点之一，在于它对新兴技术和未来趋势的洞察力，这一点着实让我感到惊喜。虽然它是一本深入基础理论的专著，但作者并未沉溺于传统器件的讨论中，而是用相当的篇幅和深刻的见解，探讨了下一代光电子领域可能出现的颠覆性技术。例如，关于二维材料在光电器件中的潜力分析，书中给出了比许多最新的综述文章更为细致的材料特性对比和潜在挑战的预判。作者在探讨这些前沿领域时，并没有使用过于夸张的预测性语言，而是基于现有的物理学原理和初步实验数据进行审慎的推导和论证，这种稳健的学术态度令人信服。阅读这些章节，我感觉自己仿佛不是在读一本教材，而是在与一位顶尖的行业思想领袖进行深度对话，他不仅教会了我“现在如何做”，更启发了我去思考“未来应该往哪里走”。这种前瞻性和批判性思维的引导，对于身处竞争激烈的研发环境中的人来说，是无价的宝藏。

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这本书的装帧和印刷质量简直是教科书级别的典范，我一拿到手就感受到了沉甸甸的质感。纸张的厚度适中，光泽柔和，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。封面设计简洁大气，[在此处描述封面设计风格，例如：采用了深邃的蓝色调与未来感的银色字体，给人一种专业而前沿的印象]，让人在众多书籍中一眼就能注意到它。内页的排版布局也极其考究，图表的清晰度和分辨率都达到了极高的水准，即便是复杂的结构图和波导示意图，也能看得清清楚楚，这对于需要反复对照图像理解理论的读者来说，无疑是巨大的福音。更值得称赞的是，书本的装订非常牢固，即便是频繁翻阅重要的章节，书脊也丝毫没有松动的迹象，完全不像有些廉价印刷品用几次就散架了。触摸着这本书，我感觉它不仅仅是一本知识的载体，更像是一件精美的工艺品，让人愿意珍藏。这种对实体书制作工艺的重视，在如今这个数字阅读盛行的时代，显得尤为可贵，它提供了一种沉浸式的学习体验，让人能更专注于眼前的光电世界，而不是被屏幕的蓝光干扰。这种细节上的打磨，充分体现了出版社对专业学术书籍出版的严肃态度和对读者的尊重。

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我发现这本书在理论与实际工程应用之间的桥梁搭建上做得非常出色，这对于我这种从实验室研究转向实际产品开发的专业人士来说至关重要。书中对于不同类型光电器件的局限性分析，绝非空泛的理论批判，而是紧密结合了现实中制程中的关键瓶颈，例如材料缺陷如何转化为漏电流，温度漂移如何影响器件的长期可靠性等。它并没有回避这些“不完美”的方面，反而将其作为深入探讨的对象。举例来说，书中对高功率激光二极管的散热设计进行了详尽的论述，从热阻的计算模型到具体的封装技术选择，每一步都提供了详尽的参考数据和工程实例的对比分析。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的写作手法，使得书中的内容立刻具有了可操作性。当我需要为一个新项目选择合适的封装材料时，我能迅速在书中找到相关的性能参数对比表，而不是被迫去查阅大量的独立应用笔记。这种集成化的信息组织方式，极大地节省了我的时间，体现了作者深厚的行业洞察力。

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