Optoelectronic Materials and Device Concepts (SPIE Press Monograph Vol. PM05) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:SPIE Publications

作者:Manijeh Razeghi

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1991-09-01

价格:USD 56.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819405333

丛书系列:

图书标签:

• Optoelectronics
• Materials Science
• Photonics
• Optical Devices
• Semiconductor Materials
• Thin Films
• Optical Properties
• Device Physics
• SPIE Press
• Monograph

光电材料与器件的基石：探索前沿科学与应用 光电技术，作为现代科技发展不可或缺的驱动力，正以前所未有的速度渗透并重塑着我们生活的方方面面。从通信、计算到传感、能源，再到医疗诊断、环境监测，乃至日常的显示屏和照明，光电材料与器件的身影无处不在，构成了这些尖端应用的坚实基础。它们是连接光与电这两个基本物理量，实现信息的高效传输、处理与转换的关键。因此，深入理解光电材料的本质，掌握新型器件的设计原理与制造工艺，对于推动科技创新，解决人类社会面临的重大挑战，具有极其重要的意义。 揭示材料的奥秘：性能的源泉 光电材料是光电器件的核心载体。它们的独特属性，如对光的吸收、发射、传输、调制以及电荷的产生、收集、注入等，直接决定了器件的性能表现。这些材料种类繁多，各有千秋，它们的性能往往与其微观结构、晶体学特性、电子能带结构、以及掺杂与缺陷控制等密切相关。 半导体材料，以其独特的能带结构，是光电器件领域当之无愧的明星。硅（Si）作为传统的王者，在太阳能电池和光电探测器领域占据主导地位。然而，为了满足日益增长的高性能需求，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等为代表的III-V族化合物半导体，凭借其优异的载流子迁移率和直接带隙特性，在高速光通信、高效发光二极管（LED）和激光器（LD）中大显身手。近年来，氮化镓（GaN）基材料的崛起，更是为蓝色LED、紫外器件以及高功率、高频率电子学开辟了新的天地。 除了传统的半导体，新兴的光电材料也在不断涌现，为技术创新注入新的活力。有机光电材料，以其可加工性、低成本以及可调控的光电特性，在有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OSC）和有机光电探测器等领域展现出巨大的潜力。聚合物、小分子染料以及钙钛矿（Perovskite）等材料，通过分子设计与合成，可以实现特定波长的光吸收与发射，满足柔性化、大面积化等应用需求。 量子点（Quantum Dots），这类尺寸在纳米尺度的半导体晶体，由于量子限制效应，表现出独特的量子尺寸效应和表面效应。它们可以发射出窄带、可调谐的窄带光谱，在显示技术、LED照明、生物成像以及量子信息处理等领域具有革命性的应用前景。 金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）等新型多孔材料，凭借其高比表面积、可调控的孔道结构以及丰富的官能团，为气体吸附、催化、传感等应用提供了新的平台，其在光电领域的潜在应用也日益受到关注。 器件的精巧设计：实现功能转换 光电器件的设计与制造，是将光电材料的内在性能转化为实际功能的桥梁。每一个器件都凝聚着物理学、材料学、化学和工程学的智慧。 发光器件（LEDs和LDs）是现代照明和信息传输的核心。它们通过电注入电子-空穴对，在半导体材料的p-n结或异质结中复合，将电能高效地转化为光能。通过对材料组分、掺杂浓度、结区结构以及器件几何形状的精细调控，可以实现不同颜色、不同效率、不同功率的光输出。外延生长技术，如分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD），在制备高质量的半导体异质结方面发挥着至关重要的作用。 光电探测器，又称光传感器，负责将接收到的光信号转换成电信号。它们可以用于测量光强度、识别光波长、检测运动等。从简单的光电二极管到复杂的雪崩光电二极管（APD）和单光子雪崩二极管（SPAD），不同的探测器在响应速度、灵敏度、噪声抑制等方面各具优势，广泛应用于通信、成像、计量等领域。 太阳能电池，是实现光能向电能高效转换的关键。它们利用半导体材料的光电效应，将太阳光转化为电能，为可持续能源发展提供了重要的解决方案。从经典的晶体硅太阳能电池到高效的多结电池，再到新兴的薄膜太阳能电池，如CdTe、CIGS以及日益受到关注的钙钛矿太阳能电池，技术的进步一直在推动着转换效率的提升和成本的下降。 光调制器和光开关，是光通信和光信息处理的核心组件。它们能够根据外部电信号或光信号，控制光的强度、相位或偏振，从而实现信息的编码和传输。电光效应、磁光效应、声光效应等多种物理效应都被巧妙地应用于光调制器的设计中。 前沿探索与未来展望 光电材料与器件的研究是一个不断挑战极限、探索未知的领域。当前，研究的重点之一是如何突破材料本身的限制，实现更高的效率、更快的速度、更低的功耗和更长的寿命。例如，在LED领域，如何进一步提高外量子效率，减少内部损耗，是持续的研究方向；在太阳能电池领域，如何进一步提高光电转换效率，降低制造成本，并提高器件的稳定性和寿命，是亟待解决的难题。 同时，跨学科的融合正在催生新的应用和技术。例如，光电子学与生物学的结合，催生了光遗传学、光动力疗法等。光电子学与微纳技术的结合，正在推动微型化、集成化的光电器件的发展，如片上光子学（Photonic Integrated Circuits, PICs），有望实现更高效、更紧凑的光计算和光通信系统。 人工智能（AI）与光电材料和器件的结合，也展现出巨大的潜力。AI可以用于加速新材料的发现与设计，优化器件的结构与性能，以及提高光电器件的制造精度与效率。例如，通过机器学习算法，可以预测新型钙钛矿材料的光电性能，或优化LED的芯片结构以提高出光效率。 柔性、可穿戴光电器件的发展，预示着光电技术将更加深入地融入我们的日常生活。通过使用可拉伸、可弯曲的基底和材料，我们可以构建出具有新颖形态和功能的设备，如柔性显示器、可穿戴传感器、以及集成在衣物中的光电子器件。 从基础科学的深入探索，到工程技术的不断突破，光电材料与器件领域始终充满活力与机遇。理解和掌握这一领域的最新进展，对于任何希望站在科技前沿，推动社会进步的人士来说，都具有不可估量的价值。未来的光电技术，必将以更加令人惊叹的方式，改变我们的世界。

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