Field-Effect in Semiconductor-Electrolyte Interfaces pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Princeton Univ Pr

作者:Konorov, Pavel P./ Yafyasov, Adil M./ Bogevolnov, Vladislav B.

出品人:

页数:198

译者:

出版时间:2006-9

价格:$ 81.93

装帧:HRD

isbn号码:9780691121765

丛书系列:

图书标签:

Semiconductor
Electrolyte interfaces
Field-effect
Electrochemistry
Surface science
Materials science
Solid-state electronics
Nanomaterials
Sensors
Corrosion

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具体描述

This book presents a state-of-the-art understanding of semiconductor-electrolyte interfaces. It provides a detailed study of semiconductor-electrolyte interfacial effects, focusing on the physical and electrochemical foundations that affect surface charge, capacitance, conductance, quantum effects, and other properties, both from the point of view of theoretical modeling and metrology. The wet-dry interface, where solid-state devices may be in contact with electrolyte solutions, is of growing interest and importance. This is because such interfaces will be a key part of hydrogen energy and solar cells, and of sensors that would have wide applications in medicine, genomics, environmental science, and bioterrorism prevention. The field effect presented here by Pavel Konorov, Adil Yafyasov, and Vladislav Bogevolnov is a new method, one that allows investigation of the physical properties of semiconductor and superconductor surfaces. Before the development of this method, it was impossible to test these surfaces at room temperature. The behavior of electrodes in electrolytes under such realistic conduction conditions has been a major problem for the technical realization of systems that perform measurements in wet environments. This book also describes some material properties that were unknown before the development of the field effect method. This book will be of great interest to students and engineers working in semiconductor surface physics, electrochemistry, and micro- and nanoelectronics.

电子器件与材料科学前沿探索：半导体-电解质界面物理与应用本书旨在为电子工程、材料科学、化学物理等领域的研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个深入、全面、前沿的视角，探讨半导体与电解质界面在现代电子器件和能源技术中的关键作用与物理机制。聚焦于该领域中最新、最具挑战性的科学问题，本书避开了对基础半导体物理和经典电化学理论的冗余重复，而是直接切入界面现象的复杂性和实际应用潜力。第一部分：界面物理的微观调控与表征技术第一章：高精度界面结构解析——从原子尺度到纳米尺度本章深入探讨了用于解析半导体-电解质界面结构的关键表征技术，重点关注那些能够提供原子级或近原子级分辨率的先进技术。我们详细讨论了同步辐射X射线吸收谱（XAS）在确定界面化学态和配位结构方面的应用，特别是涉及表面缺陷和吸附物种时的局域结构重构。此外，高分辨透射电子显微镜（HRTEM）结合电子能量损失谱（EELS）在二维界面处的化学成像能力也被深入剖析，着重于如何区分电荷转移区域和晶格畸变区。本章还涵盖了利用表面等离子体共振（SPR）增强的拉曼光谱（SERS）和表面增强的红外吸收光谱（SEIRAS）来实时监测溶液中分子在固-液界面上的动态吸附与脱附过程，为理解界面双电层结构提供了独特的动力学视角。第二章：能带调控与界面态的物理机制界面能带弯曲是决定器件性能的核心因素。本章超越了简单的肖特基势垒模型，着重探讨了由特定吸附分子、表面缺陷或界面缺陷态诱导的复杂能带重构。我们详细分析了费米能级钉扎效应的物理根源，包括不同价态杂质在界面处的电子俘获和释放机制。特别地，书中引入了密度泛函理论（DFT）计算在预测界面偶极矩和势能跨越方面的应用，用以解释外部电场或离子溶液浓度变化如何精细调控界面的内建电场强度。此外，对界面态的密度、能级分布及其与电荷输运机制的耦合关系进行了深入讨论，特别是高密度的表面缺陷对载流子寿命和界面复合速率的影响。第二部分：先进电子器件中的界面工程第三章：半导体纳米结构与电解质的集成随着器件尺寸的微缩，半导体纳米线、量子点和二维材料（如过渡金属硫化物）在与电解质接触时表现出独特的界面效应。本章聚焦于如何利用这些高比表面积结构来优化界面电荷转移速率。我们系统地分析了弯曲的能带结构对纳米线中空间电荷区长度的影响，以及电解质离子尺寸和迁移率如何限制垂直器件的响应速度。书中还探讨了在溶液处理过程中，纳米结构表面氧化或钝化的机制，以及如何通过表面功能化（如自组装单分子层，SAMs）来稳定和优化界面能级匹配。第四章：电化学晶体管与离子-电子耦合输运电化学晶体管（ECTs）是实现神经接口和柔性电子学的关键平台。本章集中探讨了离子在电解质中向半导体/电解质界面扩散、吸附并诱导半导体表面层载流子浓度发生可逆变化的全过程。我们详细比较了不同半导体材料（如氧化物、有机半导体）对离子掺杂的敏感性，并引入了电荷扩散系数和离子迁移率在耦合模型中的作用。本章还深入分析了高频工作状态下，界面离子弛豫时间与电子开关速度之间的竞争与协同关系，为设计具有高带宽的离子-电子混合器件提供了理论指导。第三部分：能源转换与储存中的界面挑战第五章：光电化学电池中的界面光生载流子分离在染料敏化太阳能电池（DSSC）、钙钛矿太阳能电池（PSC）以及光电催化领域，高效的光生载流子分离和电荷注入是界面科学的核心挑战。本章聚焦于半导体光吸收层与电解质（或电荷传输层）之间的异质结界面。我们深入研究了界面势垒高度对分离效率的影响，以及通过界面修饰（如引入中间层或表面配体）来抑制界面复合、促进电荷注入的策略。书中特别强调了在PSC中，离子迁移如何影响器件的迟滞效应和长期稳定性，并探讨了如何通过精确控制界面缺陷来钝化非辐射复合中心。第六章：固态电解质界面的阻抗分析与稳定化针对下一代固态电池（SSBs），本章着重分析了半导体/固态电解质界面的电荷传输阻抗谱。我们区分了欧姆接触、空间电荷限制导电和界面反应动力学所贡献的阻抗成分。书中详细阐述了如何利用电化学阻抗谱（EIS）技术来量化界面接触质量，并探讨了锂枝晶生长在界面处引起的物理和化学不稳定性。此外，本章还引入了原位监测技术，如原位X射线衍射（XRD）和中子散射，来追踪固态电解质在充放电循环中界面相变的形成与演化，为开发高导电性和高稳定性的界面保护层提供了科学依据。总结与展望本书的最终目标是搭建从基础界面物理到前沿功能器件设计的桥梁。通过聚焦于界面结构、电子态和离子-电子耦合的复杂相互作用，我们希望激发读者在开发下一代高性能、低功耗电子系统和高效能源转换设备方面的创新思维。本书内容涵盖了当前该领域最活跃的研究方向，是深入理解和掌握半导体-电解质界面科学的不可或缺的参考资料。