Materials Fundamentals of Molecular Beam Epitaxy

Materials Fundamentals of Molecular Beam Epitaxy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Jeffrey Y. Tsao
出品人:
页数:301
译者:
出版时间:1993-1
价格:982.00元
装帧:
isbn号码:9780127016252
丛书系列:
图书标签:
  • 材料科学
  • 分子束外延
  • 薄膜生长
  • 半导体
  • 晶体生长
  • 材料工程
  • 物理学
  • 表面科学
  • 纳米技术
  • Epitaxy
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The technology of crystal growth has advanced enormously during the past two decades. Among, these advances, the development and refinement of molecular beam epitaxy (MBE) has been among the msot important. Crystals grown by MBE are more precisely controlled than those grown by any other method, and today they form the basis for the most advanced device structures in solid-state physics, electronics, and optoelectronics. As an example, Figure 0.1 shows a vertical-cavity surface emitting laser structure grown by MBE.

* Provides comprehensive treatment of the basic materials and surface science principles that apply to molecular beam epitaxy * Thorough enough to benefit molecular beam epitaxy researchers * Broad enough to benefit materials, surface, and device researchers * Referenes articles at the forefront of modern research as well as those of historical interest

《晶体生长前沿:量子点自组装与界面工程》 本书深入探讨了现代材料科学领域两个至关重要的前沿研究方向:量子点的自组装动力学及其在纳米电子学和光电子学器件中的应用,以及通过精确界面工程实现功能材料的设计与制备。本书并非材料外延生长的教科书,而是聚焦于原子层面的精确控制所催生的新颖现象与应用潜力。 第一部分:量子点自组装的精妙舞蹈 量子点,作为尺寸在纳米量级的半导体或金属颗粒,因其独特的量子尺寸效应而展现出前所未有的光学和电子学特性。本书第一部分将重点剖析量子点自组装的内在机制,从热力学稳定性到动力学演化,层层揭示如何通过调控生长环境、基底特性以及表面化学来实现特定尺寸、形状和空间排布的量子点阵列。 第二章:自组装的驱动力与热力学 我们将从基本的热力学原理出发,解释表面能、应变能以及范德华力等在量子点形核与生长过程中的作用。 讨论不同几何形状(如球形、盘状、棱柱状)量子点形成的热力学稳定性,并引入相场模型等理论工具来预测其演化路径。 深入分析表面重构、吸附原子扩散以及偶极相互作用如何影响量子点的聚集行为。 第三章:动力学控制下的量子点生长 本章将聚焦于生长动力学的关键参数,如前驱体通量、基底温度、生长速率以及气氛成分,并阐述它们对量子点尺寸分布、密度和均匀性的影响。 我们将介绍二维到三维的转变(Stranski-Krastanov生长模式)在III-V族半导体量子点形成中的具体表现,并探讨表面扩散长度与岛形成区域的关系。 通过计算模拟和实验数据分析,揭示原子团簇成核、尺寸选定以及奥斯特瓦尔德熟化等动力学过程。 第四章:基底工程与界面调控 基底在量子点自组装中扮演着至关重要的角色。本章将详细讨论不同晶体取向、表面化学性质以及预先图案化的基底如何影响量子点的生长位点选择、取向以及晶格匹配。 我们将深入研究化学修饰的基底表面(例如,通过自组装单分子层)如何有效地引导量子点的成核与生长,实现对量子点位置和取向的精确控制。 探讨在异质衬底上实现量子点生长时,界面能、应力以及化学反应带来的挑战与机遇。 第五章:量子点阵列的结构设计与应用 本章将超越单个量子点的研究,重点关注如何通过控制自组装过程来构筑有序的二维或三维量子点阵列。 介绍周期性阵列、链状结构、以及集簇结构的形成机制,并讨论这些宏观结构如何影响光学共振、激子耦合和相干输运。 展示这些高度有序的量子点阵列在高性能LEDs、激光器、量子计算 qubit、以及高灵敏度化学传感器中的潜在应用。 第二部分:界面工程:构筑功能材料的基石 界面,作为不同材料相遇的边界,是材料性能的决定性因素之一。本书第二部分将致力于阐述如何通过精密的界面工程技术,设计并制备具有特定功能的新型异质材料。我们将聚焦于界面处的电子结构、化学反应以及物理相互作用,从而实现对宏观材料性能的调控。 第七章:界面电子结构与电荷转移 本章将深入探讨界面处的电子态密度、能带排列以及费米能级钉扎等现象。 我们将分析不同材料组合形成的界面(如金属-半导体、半导体-绝缘体、半导体-半导体)所展现出的独特电子学特性,并介绍如何通过表面处理或插入缓冲层来优化界面导电性或绝缘性。 讨论界面电荷转移、肖特基势垒形成以及量子势垒效应在器件性能中的关键作用。 第八章:化学界面反应与层间耦合 化学反应在界面形成过程中扮演着核心角色。本章将分析界面处的化学键合、原子交换以及扩散现象,并探讨如何通过控制反应条件来获得理想的界面化学状态。 我们将重点介绍二维材料(如石墨烯、过渡金属硫化物)与衬底材料之间的界面形成,及其诱发的应变效应、载流子掺杂以及电子耦合。 讨论界面极化、极性失配以及表面缺陷对界面电学和光学性质的影响。 第九章:纳米结构异质结的构建与表征 本章将集中介绍如何通过精确控制沉积过程,构筑具有特定层数的纳米结构异质结,例如超晶格、多层薄膜和异质结量子阱。 我们将深入探讨如何利用光谱学(如X射线光电子能谱XPS、紫外光电子能谱UPS)、显微学(如透射电子显微镜TEM、扫描隧道显微镜STM)以及衍射技术(如X射线衍射XRD)来精确表征界面的化学成分、晶体结构和形貌。 介绍先进的原位表征技术,用于实时监测界面生长过程中的化学变化和结构演化。 第十章:界面工程驱动的功能材料设计 本章将汇集前述章节的知识,展示界面工程在设计和实现多种功能材料中的实际应用。 我们将重点讨论如何通过界面工程来提升半导体器件的载流子注入效率、降低接触电阻,从而实现高性能的晶体管和光电器件。 介绍基于界面工程的光催化材料、储能材料以及传感器材料的最新进展,并预测其未来的发展趋势。 本书旨在为从事材料科学、纳米技术、凝聚态物理以及相关工程领域的科研人员、研究生提供前沿的理论指导和实验思路。通过深入理解量子点的自组装机制和界面工程的精妙之处,读者将能够更好地设计和制备具有突破性性能的新型功能材料。

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我对这本书的风格感到一种强烈的疏离感,它仿佛是为一位已经精通晶体生长理论的理论物理学家量身定制的,而不是面向广大材料工程领域的读者。书中对于“分子束”这个核心概念的阐述,花费了巨大的篇幅在讨论分子运动论和真空中的散射截面上,这些内容虽然是基础,但其广度和深度已经超出了实际操作所必需的范畴。当我试图寻找关于MBE反应器中等离子体源(如氮等离子体)稳定性和寿命预测的实用数据时,却发现这部分内容要么缺失,要么被一笔带过,被归类为“附属工程问题”。这让我感到非常遗憾,因为在实际的氮化物MBE生长中,等离子体源的处理能力往往是决定薄膜质量的关键瓶颈。这本书的语言表达也偏向于高度凝练的学术术语堆砌,很少使用比喻或类比来帮助理解那些高度抽象的量子效应,这无疑提高了非专业读者的进入门槛。

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《材料基础:分子束外延》这本书的封面设计得非常专业,那种深蓝色的背景配上清晰的分子结构图,立刻给人一种严谨、前沿的科学气息。我原本是想找一本比较全面的半导体材料学入门读物,结果翻开这本书才发现,它几乎完全聚焦于MBE(分子束外延)这一特定技术。坦白说,对于一个刚接触该领域的初学者来说,前几章的物理基础部分显得有些过于深入和晦涩,它假设读者已经对晶体生长动力学和真空物理有了一定的了解。比如,书中对“原子级薄膜的成核与生长模式”的讨论,虽然理论上非常精确,但缺乏足够的实验案例来佐证,使得抽象的理论很难在脑海中构建出一个清晰的画面。我期待看到更多关于不同衬底准备技术如何影响最终薄膜质量的实际操作细节,但这些内容似乎被极大地压缩了,更多篇幅被用于推导薛定谔方程在MBE过程中的应用,这对于我这种偏应用的研究方向来说,多少有些本末倒置了。如果能用更直观的图表来解释复杂的热力学平衡条件,而不是仅仅罗列复杂的公式,阅读体验可能会大大提升。

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这本书的整体价值在于其对MBE物理图像的构建,但其局限性在于其对“材料科学”的视角收得过窄。如果从材料性能优化的角度来看,它提供的指导性内容非常有限。我注意到,书中几乎没有涉及MBE生长过程中由于衬底表面污染或残余气体导致的杂质掺杂的定量分析模型。此外,对于如何通过精确控制生长温度和组分梯度来诱导相分离或形成特定的超晶格结构,书中仅提供了基础的相图,但缺乏对如何“打破”这些平衡并实现材料设计目标的具体操作路径的讨论。这本书更像是一个对MBE历史性基础的完美总结,它详尽地记录了“是什么”和“为什么”,但对于“如何做得更好”和“下一步是什么”的探讨却显得有些保守和不足。对于追求突破性材料性能的实验人员来说,可能需要寻找更多侧重于过程控制和性能调控的前沿文献来补充阅读。

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阅读这本书的过程,就像是走进了作者的思维迷宫,充满了对精确性的执着追求。我发现作者似乎非常热衷于引用早期奠基性的理论文献,这使得全书的基调显得有些陈旧,缺乏对近十年内MBE技术突破性进展的跟进。特别是涉及到III-V族半导体异质结的生长部分,虽然经典理论讲解到位,但对于使用MBE生长量子点或量子阱时常见的缺陷控制和界面粗糙度管理方面,介绍得不够细致。我个人对第三章中关于表面重构和原子级台阶流动的模拟部分印象深刻,那部分的数学推导严密到令人发指,但同时也非常劝退。我希望能看到更多关于现代MBE技术如何应对新兴半导体材料(如宽禁带氮化物或拓扑绝缘体)生长挑战的实例。这本书似乎更侧重于对MBE“核心原理”的稳固建立,而对于如何“创新应用”的引导则相对不足,这使得它更适合作为研究生阶段的理论参考书,而非快速跟进领域动态的工具书。

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这本书的章节组织结构给我的感觉是极其技术化和高度专业化的,与其说是“材料基础”,不如说更像是一本“MBE技术高级操作手册”的理论支撑部分。我特别关注了其中关于MBE系统组件设计的部分,比如束流的控制、超高真空环境的维护,以及在线监测技术(如RHEED)。书中对这些硬件细节的描述是详尽无疑的,每一个阀门、每一个加热元件的温度控制精度都被详细阐述,这对于那些打算自行搭建或维护MBE设备的研究人员来说,无疑是宝贵的财富。然而,作为一个关注材料性能的材料科学家,我发现书中对“如何通过改变MBE参数来优化特定材料(比如钙钛矿或二维材料)的电子特性”的讨论显得非常薄弱。它更多地停留在物理过程的描述层面,而非材料性能工程学的层面。例如,当讨论到应变对能带结构的影响时,书中给出的模型是标准的、教科书式的,缺乏对当前尖端研究中出现的非理想界面效应的深入剖析。总而言之,它更偏向于“工程物理的严谨性”,而牺牲了“材料应用的前瞻性”。

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