Semiconductor Nanocrystals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Efros, A. L./ Lockwood, David J. (EDT)/ Tsybeskov, Leonid (EDT)/ Efros, A. L. (EDT)

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:2003-12

价格:$ 292.67

装帧:HRD

isbn号码:9780306477515

丛书系列:

图书标签:

• Semiconductor Nanocrystals
• Quantum Dots
• Nanotechnology
• Materials Science
• Nanomaterials
• Optoelectronics
• Photochemistry
• Colloidal Chemistry
• Synthesis
• Characterization

《硅基半导体材料的量子效应与器件应用》 本书导读：深入探索纳米尺度下硅基材料的奇特物理与前沿工程 本著作旨在全面梳理和深入剖析当前半导体科学，特别是硅基纳米晶体领域中最为活跃和关键的几个研究方向。我们聚焦于如何通过精确的尺寸调控和表面工程，解锁硅这一基础材料在量子尺度下所展现出的全新光电性能，并探讨这些性能如何转化为下一代高集成度、高效率的电子及光电子器件。本书内容横跨凝聚态物理、材料科学、半导体器件物理等多个学科前沿，为相关领域的研究人员、工程师以及高年级学生提供了一部系统、深入且富有洞察力的参考手册。 第一部分：硅基纳米晶体的基础物理与生长动力学 本书的开篇奠定了坚实的理论基础。我们首先回顾了块体硅的能带结构、晶格振动模式以及其在微电子学中的核心地位。随后，重点转向了尺寸效应的引入。第一章详细阐述了量子尺寸效应（Quantum Size Effect, QSE）在硅纳米结构中的具体体现，包括带隙的蓝移、激子束缚能的变化、以及载流子密度受限导致的输运特性改变。我们不仅仅停留在定性描述，而是引入了有效质量近似模型（Effective Mass Approximation, EMA）和更复杂的基于第一性原理的计算方法，用于精确预测特定尺寸硅纳米晶的电子结构。 第二章则专注于硅基纳米晶的制备技术。成功的器件应用高度依赖于高质量、均匀性高的材料。本章系统对比了不同的生长方法，包括： 1. 自上而下（Top-Down）方法：如深紫外光刻后的反应离子刻蚀（RIE）技术，分析了刻蚀参数（气体组分、射频功率、偏压）如何影响侧壁粗糙度和垂直度，这些对量子隧穿效应至关重要。 2. 自下而上（Bottom-Up）方法：重点讨论了化学气相沉积（CVD）和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在形成有序排列的硅纳米线、量子点阵列中的应用。我们深入解析了硅源（如SiH4, SiH2Cl2）的分解动力学、薄膜应力演化，以及如何通过衬底工程（如SOI结构）来引导异质结的形成。 3. 氧化物介导的生长：特别探讨了在二氧化硅（SiO2）基底上通过退火诱导的非晶硅向晶态硅纳米晶的相变过程，以及氧化层厚度对晶粒尺寸和界面陷阱密度的影响。 第二部分：光物理特性与载流子动力学 硅是间接带隙半导体，这限制了其在传统光电子学中的应用。然而，在纳米尺度下，晶格振动与电子跃迁的耦合模式发生了显著变化。第三章集中研究了硅纳米晶的光致发光（Photoluminescence, PL）特性。 我们详细分析了表面钝化对PL量子效率（PLQE）的决定性作用。表面悬挂键（dangling bonds）是主要的非辐射复合中心。本章对比了氢钝化、氧化钝化（形成高质量的SiO2壳层）以及有机配体钝化对发光波长、线宽和稳定性的影响。我们引入了基于表面态模型的复合速率方程，以量化钝化效果。此外，还探讨了高激发密度下的多激子效应（Multiple Exciton Generation, MEG）在硅纳米晶中的潜力。 第四章深入探讨了载流子在纳米晶内部和晶粒间的传输机制。在低场强下，主要的传输机制是隧穿（Hopping）和陷阱辅助隧穿（Trap-Assisted Tunneling, TAT）。我们基于福克-斯莫卢霍夫斯基模型（Förster Resonance Energy Transfer, FRET）和电子耦合理论，分析了近场耦合对电荷转移速率的影响。对于高掺杂或高密度阵列，界面处的势垒调制（Barrier Modulation）和空间电荷限制效应（Space-Charge Limited Current, SCLC）成为主导机制。本章通过瞬态光电导（Transient Photoconductivity）和时间分辨透射光谱（TRTS）数据，解析了激子分离、载流子俘获和复合的精确时间尺度。 第三部分：面向先进器件的集成与应用 本书的后半部分将理论与工程实践紧密结合，聚焦于如何利用前述的材料特性来构建高性能的半导体器件。 第五章：硅基光电器件 硅纳米晶的带隙可调性使其成为集成硅基光电器件的理想选择。本章详细介绍了基于硅纳米晶的： 1. 高效发光二极管（LEDs）：讨论了如何通过优化注入层、传输层和发光层之间的界面，实现高效的电致发光（Electroluminescence, EL）。重点分析了电荷注入不平衡性对器件性能的影响，并提出了基于异质结势垒工程的解决方案。 2. 光电探测器（Photodetectors）：着重分析了光响应速度与暗电流之间的权衡。利用表面缺陷作为陷阱，可以有效延长载流子寿命，从而增强光电增益，但代价是牺牲响应速度。我们展示了如何通过调控氧化层厚度来优化这一折衷。 3. 硅基激光器研究：探讨了在硅纳米晶薄膜中实现受激发射的挑战，包括阈值增益的确定、载流子涨落对线宽展宽的影响，以及如何利用周期性结构（如光子晶体）来提高光子限制和质量因子（Q因子）。 第六章：存储器与逻辑器件的前景 硅纳米晶作为一种非易失性存储单元的潜力是本章的核心。我们深入研究了基于浮栅（Floating Gate）和浮栅介质（Floating Film）的存储器结构。 1. 写入/擦除机制：详细解析了Fowler-Nordheim隧穿（F-N Tunneling）和热激发（Fowler-Nordheim or Thermionic Emission）穿隧机制在电荷注入和提取过程中的物理细节。通过改变纳米晶的尺寸和间距，实现了写入电压和保持时间的精确控制。 2. 存储窗口与可靠性：分析了电荷捕获/释放的统计学分布如何影响存储窗口的宽度。同时，探讨了电荷泄漏途径（如沿着晶界或通过介质缺陷），并提出了提高器件长期稳定性的钝化和电场优化策略。 3. 晶体管集成：最后，本章讨论了将硅纳米晶作为有源沟道层或电荷陷阱层集成到标准CMOS工艺流程中的兼容性问题，特别是高温退火对底层衬底的影响和掺杂的区域控制。 总结与展望 全书在最后一部分对当前面临的挑战进行了总结，包括界面缺陷的普适性控制、批次间性能的一致性保证，以及实现高效、稳定、低温制程的迫切需求。展望未来，本书强调了先进的原位表征技术（如同步辐射X射线散射、超高分辨TEM）在揭示瞬态物理过程中的关键作用，并预测了单电子效应和量子点耦合网络在构建下一代量子模拟器中的潜在价值。 本书内容严谨，逻辑清晰，旨在为致力于发展硅基新一代半导体技术的科研人员提供坚实的理论基石和工程指导。

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