Quantum Wells, Wires And Dots pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Harrison, P.

出品人:

页数:482

译者:

出版时间:

价格:75

装帧:Pap

isbn号码:9780470010808

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• Quantum Wells
• Quantum Wires
• Quantum Dots
• Nanostructures
• Semiconductor Physics
• Condensed Matter Physics
• Quantum Mechanics
• Nanotechnology
• Materials Science
• Device Physics

量子点、线与阱：低维半导体结构物理与器件（暂定书名） 本书简介 本书旨在深入探讨低维半导体结构——量子点（Quantum Dots, QDs）、量子线（Quantum Wires, QWs）和量子阱（Quantum Wells, QWs）——的独特物理现象、先进的材料生长技术及其在光电器件和电子学领域的广泛应用。我们将从半导体物理的基本原理出发，逐步构建起对这些微纳结构的量子限制效应的深刻理解，并详细阐述如何利用这些效应来设计和制造新一代高性能电子和光电器件。 第一部分：基础物理与量子限制效应 本部分将为读者建立理解低维半导体所需的理论基础。首先，我们将回顾体相半导体的能带理论、有效质量概念以及载流子的输运性质。在此基础上，我们将引入量子限制（Quantum Confinement）的概念。 量子限制的引入： 探讨当半导体结构尺寸（例如厚度、直径）缩小到远小于载流子德布罗意波长和激子玻尔半径时，其电子能带结构将如何发生根本性的变化。这种尺寸依赖性是低维结构区别于传统体相材料的核心特征。 维度的概念： 详细区分零维（量子点）、一维（量子线）和二维（量子阱）结构。我们将分析在不同维度下，电子和空穴的运动自由度如何被限制，以及由此导致的能级从连续谱向分立态的转变。 能级结构与态密度： 深入分析不同维度结构中的能级计算模型。对于量子阱，我们将使用无限深势阱和有限深势阱模型，求解薛定谔方程，导出电子和空穴的量子化能级，并推导出相应的维度相关的态密度函数（Density of States, DOS），强调其从体相材料的 $sqrt{E}$ 依赖性向阶梯函数或 $delta$ 函数转变的过程。 光学性质的尺寸效应： 重点讨论量子限制对光学吸收和发射谱线的影响。我们将解释为什么量子点材料的吸收边和发射峰可以随着颗粒尺寸的精确调控而连续变化（尺寸可调谐性），这是其区别于传统半导体激光器和LED的关键特性。 激子物理： 探讨在量子限制下，电子和空穴形成的激子（Exciton）的行为。在强限制区域，激子束缚能显著增加，导致在室温下仍能保持高效的发光特性，这对于提高器件的效率至关重要。 第二部分：材料生长与结构表征 本部分专注于实现这些亚微米级结构的先进技术和表征手段，这是将理论转化为实际应用的关键步骤。 外延生长技术： 详细介绍用于制备高质量量子阱、量子线和量子点的外延技术。 分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）： 重点讨论这些技术如何精确控制薄膜的厚度和组分，以及它们在制备高质量多量子阱（MQW）结构中的应用。 自组装生长： 深入解析利用表面应变梯度驱动的自组装技术，如遗留物生长（Stranski-Krastanov, SK）模式，来制备高密度、尺寸均匀的量子点。阐述应变工程在控制量子点形成和尺寸分布中的核心作用。 其他方法： 简要介绍化学湿法合成（如胶体量子点）、纳米刻蚀和基于模板的生长方法。 结构表征： 介绍用于确定这些低维结构形貌、尺寸、晶体质量和应力状态的关键表征技术。 形貌与尺寸分析： 重点介绍高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在直接观测量子点形状、界面质量和晶格匹配情况上的独特优势，以及原子力显微镜（AFM）在表面形貌分析中的应用。 光学表征： 讨论光致发光（PL）和电致发光（EL）光谱在确定量子能级、缺陷和载流子动力学中的作用。特别关注温度依赖性PL光谱和时间分辨PL（TRPL）对激子寿命和非辐射复合过程的分析。 电学表征： 介绍深能级瞬态谱（DLTS）和输运测量如何揭示器件中的陷阱态密度和载流子迁移率。 第三部分：器件物理与应用 本部分将从物理原理过渡到实际器件的设计、性能优化和前沿应用。 量子阱器件（二维限制）： 激光器与LED： 详细分析量子阱激光器（QW Laser）的原理，包括限制性载流子的注入效率、阈值电流密度的大幅降低，以及其在光通信和光盘驱动器中的地位。讨论量子限制对增益带宽的影响。 高电子迁移率晶体管（HEMT）： 阐述二维电子气（2DEG）的形成机制，以及HEMT如何利用高迁移率的2DEG实现超高频率工作。 量子点器件（零维限制）： 量子点发光二极管（QLED）： 探讨量子点作为发光层的优势，如窄带发射、高色纯度和优异的稳定性。分析其在下一代显示技术（如QLED电视）中的关键技术挑战，例如载流子注入和传输平衡问题。 量子点红外光探测器（QDIP）： 分析利用量子点能级结构实现的中红外和长红外探测原理，及其在低成本、高背景抑制方面的潜力。 量子线器件（一维限制）： 载流子输运与热电效应： 探讨量子线中载流子传输的准一维特性，以及其在增强塞贝克系数（Seebeck coefficient）方面对热电材料的潜在贡献。 未来器件： 讨论量子线在构建单电子晶体管和超导量子干涉器件（SQUIDs）中的探索性研究。 第四部分：先进概念与前沿研究 本部分将探讨更深层次的物理现象和新兴的应用领域。 应变与外场调控： 分析外部应力（应变工程）和电场（如量子克尔效应）如何动态地调控低维结构的能带结构和光学性能，为开发电光调制器和可调谐器件奠定基础。 非线性光学： 讨论量子限制对二次和三次非线性光学过程的增强效应，及其在光频率转换和高次谐波产生中的应用前景。 半导体量子点中的量子信息科学： 介绍如何利用量子点的分立能级作为固态量子比特（Qubit）的物理载体，以及在实现高效光子-量子比特接口方面的最新进展。 本书力求内容详实、逻辑清晰，既适合从事半导体物理研究的研究生和科研人员，也为从事微纳电子和光电子器件设计与制造的工程师提供全面的参考资料。全书通过结合扎实的理论分析、前沿的实验进展和关键的工程应用，全面展现低维半导体结构在现代科技中的核心地位。

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