《光電子材料與器件》以光學(xué)和半導(dǎo)體交叉為理論基礎(chǔ)，涵蓋了光電子器件的基本原理、核心材料、應(yīng)用技術(shù)及產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)，深度融合基礎(chǔ)理論與前沿進(jìn)展。主要內(nèi)容包括光學(xué)和半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)，發(fā)光型器件（發(fā)光顯示器件和半導(dǎo)體激光器）、光電探測器件（光電導(dǎo)探測器、光電子發(fā)射探測器、光伏探測器）以及太陽能電池的基本原理、特性參數(shù)、主要材料與結(jié)構(gòu)、應(yīng)用實(shí)例等。另外，還加入了一些近年來最新的研究進(jìn)展和應(yīng)用成果。
本書涉及材料科學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，涉及的知識(shí)面較廣，交叉性強(qiáng)。本書既可作為高等院校材料科學(xué)與工程、材料物理、納米材料與技術(shù)、光電信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)高年級本科生及研究生的教材或教學(xué)參考書，也可作為有關(guān)專業(yè)科研人員和工程技術(shù)人員的參考書。
曾海波，南京理工大學(xué)材料學(xué)院院長、教授、博士生導(dǎo)師。先后入選首批國家優(yōu)秀青年基金（2012）、萬人計(jì)劃青年拔尖人才（2015）、長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃青年學(xué)者（2016）、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才（2016）、國家杰出青年科學(xué)基金（2017）。
先后獲創(chuàng)建了南理工納米光電材料研究所、工信部新型顯示材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要從事半導(dǎo)體量子點(diǎn)與鈣鈦礦發(fā)光顯示研究。在國際上率先發(fā)展了全無機(jī)鈣鈦礦三基色LED發(fā)光器件體系(Advanced Materials 2015, 27, 7162)，已成為新型顯示領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)方向，單篇引用兩年400余次，被同行在《科學(xué)》等評價(jià)為“首次(first)”“發(fā)展了(developed)”“發(fā)起了(initiated)”“開啟了(opened)”該LED體系，獲得中國照明學(xué)會(huì)“LED首創(chuàng)獎(jiǎng)”金獎(jiǎng)（2017）、江蘇省顆粒學(xué)會(huì)“創(chuàng)新獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)（2016）、中國顆粒學(xué)會(huì)“科技進(jìn)步獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)（2016）。已在《自然·通訊》等期刊發(fā)表SCI論文200余篇，包括35篇ESI高引論文和5篇ESI熱點(diǎn)論文，總引用11,000余次，單篇引用1,100次，H 指數(shù)50。研究工作曾多次獲得《自然》、《自然·納米技術(shù)》、《自然·亞洲材料》等亮點(diǎn)報(bào)道。
第1篇 基礎(chǔ)知識(shí)
第1章 光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 002
1.1 光輻射與光 002
1.1.1 光的波動(dòng)性 002
1.1.2 光的粒子性 005
1.2 光的基本特性 007
1.2.1 光的反射與透射 007
1.2.2 光的干涉、衍射與偏振 010
1.2.3 光的吸收、色散與散射 018
1.3 輻射度學(xué)與光度學(xué)基礎(chǔ) 021
1.3.1 輻射度的基本物理量 022
1.3.2 光度的基本物理量 024
1.3.3 光源的輻射效率與發(fā)光效率 027
思考題 027
第2章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí) 028
2.1 能帶理論 028
2.1.1 原子能級和晶體能帶 028
2.1.2 本征半導(dǎo)體的能帶 029
2.1.3 摻雜半導(dǎo)體的能帶 030
2.2 載流子的輸運(yùn) 031
2.2.1 熱平衡狀態(tài)下的載流子 031
2.2.2 非平衡狀態(tài)下的載流子 036
2.2.3 載流子的擴(kuò)散與漂移 039
2.3 PN 結(jié) 040
2.3.1 PN 結(jié)的形成 041
2.3.2 空間電荷區(qū) 042
2.3.3 PN 結(jié)的能帶圖 042
2.3.4 PN 結(jié)的載流子分布 043
2.3.5 非平衡狀態(tài)下的PN 結(jié) 043
2.3.6 PN 結(jié)的擊穿特性 047
2.4 異質(zhì)結(jié) 049
2.4.1 形成異質(zhì)結(jié)的材料 049
2.4.2 能帶圖 050
2.5 金屬與半導(dǎo)體的接觸 051
2.5.1 肖特基接觸 051
2.5.2 歐姆接觸 053
思考題 055
第2篇 發(fā)光材料與器件
第3章 半導(dǎo)體發(fā)光材料 057
3.1 輻射躍遷與非輻射躍遷 057
3.1.1 輻射躍遷 057
3.1.2 非輻射躍遷 060
3.1.3 發(fā)光效率 062
3.2 光致發(fā)光機(jī)理 063
3.3 電致發(fā)光機(jī)理 064
3.3.1 電致發(fā)光的發(fā)展 064
3.3.2 電致發(fā)光的原理 064
3.3.3 電致發(fā)光結(jié)構(gòu) 065
3.4 典型的發(fā)光材料 067
3.4.1 典型的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體發(fā)光材料 068
3.4.2 非Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體發(fā)光材料 072
3.4.3 量子點(diǎn)發(fā)光材料 073
思考題 078
第4章 發(fā)光顯示器件 079
4.1 液晶顯示 079
4.1.1 液晶概述 079
4.1.2 液晶的電光效應(yīng) 080
4.1.3 液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)特點(diǎn) 081
4.1.4 液晶顯示器的分類與工作原理 082
4.1.5 液晶顯示器的技術(shù)參數(shù) 084
4.2 LED 及其顯示應(yīng)用 085
4.2.1 LED 的工作原理 086
4.2.2 LED 的結(jié)構(gòu) 088
4.2.3 LED 的類型 090
4.2.4 LED 的特性參數(shù) 091
4.2.5 提升發(fā)光效率的技術(shù) 098
4.3 新型LED 101
4.3.1 有機(jī)發(fā)光二極管 101
4.3.2 量子點(diǎn)發(fā)光二極管 109
4.3.3 Mini/Micro LED 113
思考題 115
第5章 半導(dǎo)體激光器 116
5.1 激光器的物理基礎(chǔ) 116
5.1.1 光與物質(zhì)的相互作用 116
5.1.2 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與泵浦 118
5.1.3 諧振腔 119
5.2 半導(dǎo)體激光器的原理及材料 123
5.2.1 半導(dǎo)體激光器的原理 123
5.2.2 半導(dǎo)體激光器的材料 124
5.3 半導(dǎo)體激光器的特性 125
5.3.1 激光的基本特性 125
5.3.2 半導(dǎo)體激光器的閾值特性 127
5.3.3 半導(dǎo)體激光器的效率 128
5.3.4 半導(dǎo)體激光器的輸出模式 129
5.3.5 半導(dǎo)體激光器的調(diào)制特性 132
5.4 典型半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu) 133
5.4.1 半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)/異質(zhì)結(jié)激光二極管 133
5.4.2 分布反饋式激光器 134
5.4.3 半導(dǎo)體量子阱激光器 135
5.4.4 垂直腔表面發(fā)射激光器 136
5.4.5 新型微納半導(dǎo)體激光器 137
5.4.6 垂直外腔面發(fā)射激光器 138
5.5 半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用 138
5.5.1 光通信應(yīng)用 138
5.5.2 生物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用 139
5.5.3 光泵浦應(yīng)用 142
5.5.4 信息處理應(yīng)用 146
5.5.5 軍事應(yīng)用 148
思考題 149
第3篇 探測材料與器件
第6章 光電導(dǎo)材料及器件 151
6.1 光電導(dǎo)探測器的原理與結(jié)構(gòu) 151
6.1.1 光電導(dǎo)探測器的原理 151
6.1.2 光電導(dǎo)響應(yīng)過程 153
6.1.3 光電導(dǎo)探測器的結(jié)構(gòu) 155
6.2 光電導(dǎo)探測器的特性參數(shù) 156
6.2.1 光電特性 156
6.2.2 光電導(dǎo)的靈敏度 157
6.2.3 光電導(dǎo)的增益 158
6.2.4 時(shí)間響應(yīng)特性 159
6.2.5 光譜特性 160
6.2.6 伏安特性 160
6.2.7 溫度特性 161
6.2.8 噪聲特性 161
6.3 典型的光電導(dǎo)探測器 162
6.3.1 光電導(dǎo)器件的分類 162
6.3.2 硫化鎘和硒化鎘光敏電阻 163
6.3.3 硫化鉛和硒化鉛光敏電阻 164
6.3.4 銻化銦光敏電阻 165
6.3.5 HgCdTe 和PbSnTe 系列光電導(dǎo)探測器件 165
6.3.6 鍺、硅及鍺硅合金雜質(zhì)型光電導(dǎo)探測器 167
6.4 光電導(dǎo)探測器的應(yīng)用 167
6.4.1 光控照明燈 167
6.4.2 照相機(jī)自動(dòng)快門 168
6.4.3 火焰探測報(bào)警器 169
6.4.4 火車軸箱溫度檢測 170
6.4.5 智能電動(dòng)窗簾 170
思考題 171
第7章 光電子發(fā)射材料及器件 172
7.1 光電發(fā)射與二次電子發(fā)射效應(yīng) 172
7.1.1 光電發(fā)射原理 172
7.1.2 二次電子發(fā)射 175
7.2 光電陰極材料 177
7.2.1 銀氧銫光電陰極 177
7.2.2 銻銫光電陰極 178
7.2.3 鉍銀氧銫光電陰極 179
7.2.4 多堿金屬光電陰極 180
7.2.5 紫外光電陰極 181
7.2.6 負(fù)電子親和勢光電陰極 183
7.2.7 光電陰極材料新進(jìn)展 185
7.3 真空光電管與光電倍增管的原理 185
7.3.1 真空光電管的原理 185
7.3.2 光電倍增管的原理 186
7.3.3 光電倍增管的供電電路 189
7.4 光電倍增管的特性參數(shù) 191
7.4.1 陰極靈敏度與量子效率 191
7.4.2 陽極靈敏度與放大倍數(shù) 192
7.4.3 光電特性 193
7.4.4 光譜特性 193
7.4.5 伏安特性 193
7.4.6 時(shí)間特性和頻率特性 194
7.4.7 其他特性 196
7.5 光電倍增管的典型應(yīng)用 197
7.5.1 光譜探測儀 197
7.5.2 測量與控制 198
7.5.3 生物與醫(yī)療 201
7.5.4 天體物理實(shí)驗(yàn) 202
思考題 203
第8章 光伏型探測材料及器件 204
8.1 光生伏特效應(yīng) 204
8.1.1 光生伏特效應(yīng)概念 204
8.1.2 光伏探測器的工作模式 205
8.1.3 開路電壓和短路電流 206
8.2 光電二極管 207
8.2.1 PN 結(jié)光電二極管 207
8.2.2 PIN 光電二極管 215
8.2.3 雪崩光電二極管 221
8.2.4 新型光電二極管 228
8.3 光電三極管 229
8.3.1 光電三極管的結(jié)構(gòu)與工作原理 229
8.3.2 光電三極管的基本特性 230
8.3.3 常用光電晶體管 233
8.3.4 光電晶體管的應(yīng)用 234
8.3.5 新型光電三極管 235
思考題 235
第4篇 新能源材料與器件
第9章 太陽能電池 237
9.1 太陽能電池基礎(chǔ) 237
9.1.1 太陽光譜 237
9.1.2 半導(dǎo)體光吸收 238
9.1.3 基本工作原理 241
9.2 太陽能電池的特性參數(shù) 241
9.2.1 太陽能電池的等效電路 241
9.2.2 太陽能電池的伏安特性曲線 242
9.2.3 太陽能電池量子效率 245
9.2.4 太陽能電池的光譜響應(yīng) 246
9.3 太陽能電池的影響因素 247
9.3.1 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻對太陽能電池的影響 247
9.3.2 電池厚度對太陽能電池的影響 249
9.3.3 溫度對太陽能電池的影響 252
9.4 典型太陽能電池的結(jié)構(gòu)與材料 253
9.4.1 太陽能電池的分類 253
9.4.2 硅基太陽能電池材料 255
9.4.3 化合物半導(dǎo)體太陽能電池材料 257
9.4.4 有機(jī)太陽能電池材料 261
9.4.5 染料敏化太陽能電池材料 263
9.4.6 鈣鈦礦太陽能電池 266
思考題 269
參考文獻(xiàn)
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