半导体科学与技术丛书：半导体太赫兹源、探测器与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曹俊诚 著

图书标签:

• 半导体
• 太赫兹
• 探测器
• 源
• 应用
• 微波光子学
• 电子工程
• 物理学
• 材料科学
• 信息技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030334022

版次：1

商品编码：11833357

包装：精装

丛书名： 半导体科学与技术丛书

开本：16开

出版时间：2012-02-01

用纸：胶版纸

页数：441

字数：560000

正文语种：中文

内容简介

　　《半导体科学与技术丛书：半导体太赫兹源、探测器与应用》主要论述了半导体太赫兹（THz）辐射源与探测器的基本原理、模拟与设计、器件研制方法以及THz通信与成像应用等。
　　《半导体科学与技术丛书：半导体太赫兹源、探测器与应用》共分11章，包括第1章THZ波产生、探测与应用概述；第2章THz场与低维半导体的相互作用及高场电子输运；第3章电子学THz振荡器与器件模拟；第4章THz半导体负有效质量振荡器非线性动力学；第5章THz场作用下微带超晶格非线性动力学；第6章石墨烯THz光电特性；第7章THz半导体量子级联激光器；第8章THz半导体量子阱探测器；第9章THz波的传输；第10章THz通信；第11章THz成像。
　　《半导体科学与技术丛书：半导体太赫兹源、探测器与应用》适合从事THz、红外、微波、天文和生物医学等领域的工程技术人员，以及大专院校和科研院所相关专业的本科生、研究生和科研工作人员参考。

作者简介

　　曹俊诚，1967年生于江西，1994年于东南大学电子工程系获博士学位。现为中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、博士生导师，国家杰出青年基金、中国科学院“百人计划”、上海市自然科学牡丹奖获得者，新世纪百千万人才工程人选。2004～2010年担任中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室主任，2011年起担任中国科学院太赫兹固态技术重点实验室主任。主要从事太赫兹物理、器件及通信与成像应用等方面的研究。

内页插图

目录

前言

第1章 THz波产生、探测与应用概述
1．1 引言
1．2 THz波的产生
1．3 THz波的探测
1．4 THz波的应用
1．5 小结
参考文献

第2章 THz场与低维半导体的相互作用及高场电子输运
2．1 THz场与异质结的相互作用
2．1．1 引言
2．1．2 THz场作用下异质结的电子输运
2．1．3 THz场作用下异质结的多光子辅助吸收
2．1．4 THz场感生的异质结带间碰撞离化
2．1．5 小结
2．2 THz场作用下量子阱的光吸收
2．2．1 引言
2．2．2 光场作用下量子阱中电子的哈密顿量
2．2．3 量子阱子带间泵浦一探测光吸收
2．2．4 量子阱子带跃迁的相干控制
2．2．5 THz场作用下量子阱子带占据数和吸收
2．2．6 THz场作用下量子阱带间光吸收
2．2．7 小结
2．3 THz场作用下超晶格的光吸收
2．3．1 引言
2．3．2 准玻色表象及激子运动方程
2．3．3 THz场作用下超品格的光吸收与极化
2．3．4 小结
2．4 半导体高场电子输运
2．4．1 引言
2．4．2 多能谷半导体高场电子输运
2．4．3 非抛物半导体高场电子输运
2．4．4 多能谷非抛物带半导体的碰撞离化过程
2．4．5 小结
参考文献

第3章 电子学THz振荡器与器件模拟
3．1 p型量子阱THz负有效质量振荡器
3．1．1 引言
3．1．2 负有效质量半导体稳态输运
3．1．3 THz电流振荡模式与频率
3．1．4 小结
3．2 基于带内反射点负微分电导的THz振荡器
3．2．1 引言
3．2．2 基于带内反射点的THz振荡器设计
3．2．3 带内反射点THz振荡器模拟
3．2．4 小结
3．3 隧穿注入渡越时间THz振荡器
3．3．1 引言
3．3．2 量子传输边界方法
3．3．3 器件的直流及小信号输运特性
3．3．4 小结
3．4 双势垒共振隧穿结构THz振荡器
3．4．1 引言
3．4．2 维格纳-泊松耦合模型
3．4．3 共振隧穿结构的I-V特性
3．4．4 共振隧穿结构的THz电流振荡
3．4．5 共振隧穿结构快速开关特性
3．4．6 小结
3．5 半导体器件的流体动力学模拟
3．5．1 引言
3．5．2 抛物性流体动力学平衡方程器件模拟
3．5．3 非抛物能带半导体器件模拟
3．5．4 多能谷非抛物能带半导体器件模拟
3．5．5 小结
参考文献

第4章 THz半导体负有效质量振荡器非线性动力学
4．1 引言
4．2 THz负有效质量振荡器混沌动力学
4．2．1 直流偏置下的THz振荡
4．2．2 周期态和混沌态之间的转变
4．3 THz负有效质量振荡器的场畴模式
4．4 THz场作用下电流的庞加莱分支图
4．5 THz场作用下电流的功率谱分支图
4．6 小结
参考文献

第5章 THz场作用下微带超晶格非线性动力学
5．1 微带超晶格振荡器中时空电场畴和负微分电导
5．1．1 引言
5．1．2 微带超晶格中的电场畴和负微分电导
5．1．3 微带宽度和掺杂浓度的影响
5．1．4 小结
5．2 THz场作用下微带超晶格中电流的时空同步和混沌
5．2．1 引言
5．2．2 电场畴与自维持电流振荡
5．2．3 同步振荡与电流抑制
5．2．4 THz场作用下微带超品格的混沌动力学
5．2．5 小结
5．3 THz场与磁场作用下微带超晶格混沌动力学
5．3．1 引言
5．3．2 超晶格微带电子输运
5．3．3 超晶格微带中电子平均速度的演化
5．3．4 微带超晶格的混沌动力学特性
5．3．5 小结
5．4 THz场作用下量子点超晶格中的混沌动力学
5．4．1 引言
5．4．2 量子点超晶格电子输运
5．4．3 速度-电场关系与弛豫频率
5．4．4 THz场作用下量子点超晶格的混沌动力学
5．4．5 混沌区域与控制参数的依赖关系
5．4．6 小结
参考文献

第6章 石墨烯THz光电特性
6．1 引言
6．2 石墨烯多量子阱中的共振隧穿
6．2．1 石墨烯系统的传输矩阵方法
6．2．2 石墨烯多量子阱电子输运特性
6．3 石墨烯pn结在THz频段的三阶非线性光电导
6．3．1 石墨烯pn结带内和带间光电导理论模型
6．3．2 三阶非线性THz光电导
6．4 石墨烯在THz频段的五阶非线性光电导
6．4．1 石墨烯带间光电导理论模型
6．4．2 五阶非线性THz光电导
6．5 双层石墨烯纳米带的强THz光电导
6．6 小结
参考文献

第7章 THz半导体量子级联激光器
7．1 引言
7．2 THzQCL研究进展
7．3 THzQCL原理与设计
7．3．1 THzQCL基本原理
7．3．2 THzQCL有源区设计
7．3．3 THzQCL波导设计
7．3．4 THzQCL功率增强设计
7．4 THzQCL模拟方法
7．4．1 量子动力学方法
7．4．2 蒙特卡罗方法
7．4．3 率方程方法
7．5 四阱共振声子THzQCL
7．5．1 热声子效应
7．5．2 粒子数反转与增益
7．5．3 I-V特性
7．5．4 温度特性
7．6 三阱共振声子THzQCL
7．6．1 多体效应
7．6．2 参数优化
7．6．3 声子阱的影响
7．7 阱注入区共振声子THzQCL
7．7．1 电场依赖关系
7．7．2 温度依赖关系
7．8 THzQCL制备与测量
7．8．1 THzQCL材料生长与表征
7．8．2 双面金属波导THzQCL
7．8．3 半绝缘等离子波导THzQCL
7．8．4 光谱测量
7．8．5 功率测量
7．8．6 光束表征
7．9 小结
参考文献
……

第8章 THz半导体量子阱探测器
第9章 THz波的传输
第10章 THz通信
第11章 THz成像

前言/序言

　　太赫兹（THz）科学与技术是一个应用前景广泛、发展极其迅速的交叉学科前沿领域。THz波具有不同于微波、红外光以及X射线的特点，其研究与应用涉及物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息技术和国防安全等多个领域。THz波在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通信、卫星通信和军用雷达等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。现代电子学和光子学技术的发展，对THz科学研究与技术开发起了极大的推动作用。THz科学与技术的研究热潮目前正处于一个方兴未艾的时期。现在已经有从大学和科研院所分离出来的从事THz器件生产和THz应用系统开发的公司，它们的出现标志着THz技术从实验室走向商业，从学术研究走向应用。
　　本书主要以原始论文、尤其是以作者课题组的工作为基础，对半导体THz辐射源与探测器的基本原理、模拟与设计、器件研制方法以及THz通信与成像应用等，做了比较系统的阐述。我的老师雷啸霖院士、上海交通大学刘惠春教授、澳大利亚伍伦贡大学张潮教授、美国伦斯勒理工学院张希成教授、上海交通大学张杰院士、中国科学院上海高等研究院封松林研究员、中国科学院上海微系统与信息技术研究所王曦院士、中国科学院物理研究所杨国桢院士、电子科技大学刘盛纲院士、天津大学姚建铨院士和南京大学吴培亨院士等在科学研究过程中给予了作者长期的指导与帮助，作者对他们表示衷心的感谢。
　　课题组成员在本书部分内容的资料准备以及科研项目完成过程中给予了作者有力的帮助，他们分别是黎华、张戎、谭智勇、郭旭光、吕京涛、伍滨和、徐旭光、王长、王丰、徐公杰、韩英军、何晓勇、米贤武、张拥华、周其盛、冯伟、陈镇、周涛、陈钰琳、高少文、于莉媛、熊风、尹嵘和张真真等。全书的文字和数学公式均采用Ctex软件输入。张戎和徐旭光承担了部分录入工作，王丰承担了部分图的编辑工作。作者对他们表示衷心的感谢。
　　本书的出版得到了中国科学院科学出版基金的资助。书中的研究工作得到了各类科研基金的支持，主要包括：973项目“太赫兹重要辐射源、探测及应用的基础研究”；863项目“毫米波与太赫兹无线通信技术开发”；国家自然科学基金重大项目“太赫兹电磁波段的物理、器件及应用研究”；国家杰出青年基金“半导体太赫兹源、探测器及其物理研究”；国家重大科学仪器设备开发专项项目“基于太赫兹技术的新一代危险品分析检测仪器开发”：中国科学院重要方向性项目“太赫兹成像关键技术研究”以及上海市基础研究重大项目“太赫兹频段辐射源、探测及其应用基础研究”等。作者对此表示衷心的感谢。
　　由于作者水平有限，疏漏和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

图书简介：固态物理学前沿：超导材料的量子输运与热力学行为 本书聚焦于当代凝聚态物理学中一个至关重要且充满活力的领域——高温超导体制备、性质表征及其在先进电子器件中的潜力。 本著作并非侧重于太赫兹波段的辐射源、探测技术或特定的器件应用，而是深入探讨了复杂氧化物体系（如铜氧化物、铁基超导体）在极端低温和高压条件下的微观电子结构、异常电子态的形成机制，以及由此衍生的宏观电输运和热力学响应。我们致力于为研究人员和高年级研究生提供一个全面、深入的理论框架和详实的实验数据分析工具，以理解和操控这些高度关联电子体系的量子特性。 --- 第一部分：高温超导体的电子结构与配对机制 本部分内容旨在建立对非传统超导机理的深刻理解，区别于传统的BCS理论框架。 第一章：强关联电子体系的理论基础 详细阐述了如何使用哈伯德模型（Hubbard Model）及其各种近似方法（如DMFT——自洽动力学平均场理论）来描述电子间的强库仑排斥作用。重点分析了在不同填充因子下，系统如何从绝缘体转变为金属态，并探讨了荷姆德（Mott）绝缘相的形成根源。此外，还将介绍有效哈密顿量的构建，如何从原子能级跃迁和晶格振动中提取出描述电子-电子、电子-声子相互作用的关键参数。 第二章：非常规配对的对称性探索 不同于传统超导体的s波配对，本部分着重分析非s波配对的证据和理论模型。我们将详细审视d波、p波以及手性（Chiral）配对的数学表征。通过分析透射谱（Tunneling Spectroscopy）和波函数的角分辨光电子能谱（ARPES）数据，我们探讨了费米弧（Fermi Arcs）的起源及其与超导能隙的内在联系。特别关注涡旋态（Vortex States）在非s波超导体中的拓扑性质。 第三章：电子-声子耦合的再评估 尽管在铜氧化物中电子-声子耦合作用可能不是主要的配对媒介，但它在某些铁基和镍酸盐超导体中扮演着重要角色。本章将介绍强耦合极限下的Eliashberg方程的修正形式，以及如何通过拉曼散射（Raman Spectroscopy）实验来精确量化晶格振动模式（声子）与电子激发之间的耦合强度。讨论了伪能隙（Pseudogap）现象中，晶格不稳定性和电子关联效应的相互作用。 --- 第二部分：量子输运现象与热力学测量 本部分将理论预测与高精度实验测量相结合，深入解析超导态及正常态下的电学和热学特性。 第四章：异常电阻率与输运机制 深入探讨了在非中心对称（NCS）超导体中观测到的线性电阻率现象。引入玻尔兹曼输运方程，并讨论在存在强杂质散射和强自旋涨落（Spin Fluctuations）的情况下，如何修正经典输运系数。详细分析了霍尔效应（Hall Effect）在研究费米面拓扑结构中的应用，特别是如何利用霍尔角测量来识别出费米面嵌套（Nesting）的程度。 第五章：热力学性质的量化分析 系统阐述了如何利用比热容（Specific Heat）测量来区分不同类型的超导态。详细推导了在存在杂散磁通线（Flux Pinning）的情况下，磁通流（Flux Flow）对比热容的贡献。此外，本章还分析了热电效应（Thermoelectric Effects），如塞贝克系数（Seebeck Coefficient），如何作为探针来揭示正常态下的奇异金属（Strange Metal）行为，特别是其温度依赖性。 第六章：压力诱导的量子相变 高压技术是探索材料新相图的关键手段。本章重点分析了在数GPa甚至数十GPa压力下，超导转变温度($T_c$)的急剧变化规律。通过晶格常数的改变，压力如何影响费米面与布里渊区边界的相对位置，以及如何触发从超导态到其他量子有序态（如磁性态或密度波态）的转变。提供了晶体结构分析（如X射线衍射）与电学测量耦合的实例研究。 --- 第三部分：新型拓扑超导与界面效应 本部分面向前沿探索，讨论如何通过结构工程设计新型量子态。 第七章：拓扑超导体的理论构建 介绍了拓扑绝缘体与超导体的结合所产生的无能隙拓扑超导态。重点讲解了Majorana零能模（Zero Modes）的物理图像，其非阿贝尔统计特性，以及在磁性纳米线/超导体异质结构中寻找这些准粒子的实验路径。 第八章：界面物理与异质结效应 探讨了在超导体/半导体界面或超导体/铁磁体界面处，由于界面能垒和电子结构失配导致的界面耦合效应。研究了如何利用界面工程来增强超导电性（如界面增强超导），或诱导出界面磁性与超导性的竞争。 结语：面向未来的挑战 总结了当前高温超导研究中尚未解决的核心科学问题，包括$T_c$的上限、奇异金属行为的本质，以及如何将这些基础发现转化为具有实用价值的宏观器件。 --- 本书特色： 理论深度与实验广度并重： 提供了从微观量子场论到宏观输运测量的完整分析工具集。 聚焦关联电子体系： 严格围绕复杂氧化物和铁基材料中特有的强关联效应展开。 数据驱动的分析： 包含了对经典和最新实验数据的详细解读和拟合方法。 本书适合于材料物理、凝聚态物理、固态电子学领域的研究人员、博士后以及致力于理解复杂量子物质特性的研究生阅读。

评分☆☆☆☆☆

初遇 拿到这套书的时候，就被它厚重的分量和精美的装帧吸引了。封面上“半导体科学与技术丛书：半导体太赫兹源、探测器与应用”一行字，透露着一股严谨而前沿的气息。我是一名在读的博士生，研究方向正是与半导体器件相关。最近在准备撰写一篇关于新型半导体材料在太赫兹成像中的应用的论文，因此对这套书一直充满期待。打开第一卷《半导体太赫兹源》，扉页上简洁的引言就让我眼前一亮，它不仅仅是对学术成就的罗列，更像是作者们在向读者分享一段探索未知世界的旅程。我迫不及待地翻阅起来，从开篇就感受到了作者深厚的学术功底和对领域发展的深刻洞察。书中对于各种太赫兹源的原理、结构、性能以及制备工艺的阐述，都极其详尽，逻辑清晰。例如，在介绍量子级联激光器（QCL）的部分，作者不仅梳理了其发展历史，更是从能级跃迁、量子阱设计、材料选择等多个维度进行了深入剖析，并通过大量的图表和公式，将复杂的物理原理以直观易懂的方式呈现出来。我尤其欣赏的是，书中并未止步于理论的阐述，而是紧密结合了最新的研究成果和实验数据，使得内容既有理论深度，又不失前沿性。读到关于新型半导体材料在构筑太赫兹源方面的潜力时，我仿佛看到了未来半导体技术发展的无限可能，这无疑为我的研究提供了极大的启发和方向指引。

评分☆☆☆☆☆

惊喜 坦白说，我在阅读《半导体太赫兹探测器》之前，对太赫兹探测器的了解主要停留在一些基础的概念层面。但这本书的出现，彻底颠覆了我的认知。作者的叙述方式非常独特，他没有一开始就陷入各种复杂的公式和晦涩的物理概念，而是从实际应用场景出发，巧妙地引入了各种探测器的基本原理。我特别喜欢书中关于“太赫兹探测器如何‘看见’隐形物体”的章节，通过生动的类比和图示，将热探测器、掺杂半导体探测器、量子阱探测器等的工作机制解释得淋漓尽致。其中，对肖特基势垒探测器的深入讲解，让我对高频电子器件在微弱信号探测方面的极限有了更深刻的认识。作者在介绍不同探测器类型时，不仅详细阐述了它们的优缺点，更着重分析了在不同应用场景下的适用性。例如，在讨论生物医学成像应用时，书中详细比较了不同探测器在灵敏度、响应时间、工作温度等方面的差异，并给出了相应的选择建议。这种贴近实际需求的讲解方式，对于我这样一个更侧重于应用研究的读者来说，无疑是雪中送炭。此外，书中还穿插了许多关于最新探测器技术的研究进展，这让我得以一窥该领域未来的发展趋势。

评分☆☆☆☆☆

收获 在系统地研读了这套《半导体科学与技术丛书》之后，我感觉自己的知识体系得到了极大的拓展和深化。原先我仅关注于半导体器件的某些特定领域，而这套书则为我搭建了一个宏观的框架，让我能够从更广阔的视角去理解太赫兹技术在半导体领域的发展脉络。从基础的物理原理，到具体的器件设计，再到最终的应用落地，每一个环节都被清晰地勾勒出来。我特别喜欢书中关于不同半导体材料在太赫兹波段表现的对比分析，这对于我选择合适的材料来优化器件性能非常有帮助。此外，书中对各种先进的制备工艺的详细介绍，也让我对实验室研究成果如何转化为工业化生产有了更直观的认识。我曾多次在国际会议上听到关于太赫兹技术的研究报告，但往往因为缺乏系统性的背景知识而难以深入理解。如今，通过阅读这套书，我仿佛打通了任督二脉，能够更清晰地把握相关研究的重点和难点。这套书不仅为我的学术研究提供了源源不断的灵感，更重要的是，它激发了我对这个前沿领域更深层次的探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

感悟 这套书的出版，对于推动国内半导体太赫兹技术的发展，无疑具有里程碑式的意义。作为一个长期从事半导体器件研发的科研人员，我深知要将前沿的科学理论转化为实际的工程应用，需要付出多少艰辛的努力。而这套书，恰恰是这种努力的集大成者。作者们不仅在理论深度上达到了新的高度，更在内容的组织和呈现上，展现出了极高的专业素养。书中大量的图表、实验数据和参考文献，都为读者提供了深入研究的坚实基础。我尤其赞赏书中对于跨学科研究的重视，它清晰地表明，半导体太赫兹技术的发展，离不开物理、电子工程、材料科学、化学等多个领域的紧密合作。读完这套书，我深刻体会到，太赫兹技术并非遥不可及的“黑科技”，而是正在一步步走进我们生活的现实。它所蕴含的巨大潜力，将在未来为人类社会的发展带来深刻的变革。这套书不仅是一份学术报告，更是一份对未来的展望，一份对科技创新的鼓舞。

评分☆☆☆☆☆

启发 当我翻开《半导体太赫兹应用》时，我已经被前两卷所展现出的技术魅力深深吸引，而这一卷则将这份吸引力推向了高潮。作者用非常接地气的方式，为我们描绘了一个太赫兹技术正在悄然改变世界的蓝图。书中涉及的应用领域极其广泛，从安检、食品检测，到工业无损检测、通信，再到天文学和生物医学，每一个章节都充满了令人惊叹的案例。我尤其对书中关于太赫兹在药物研发和无损检测中的应用的讨论印象深刻。例如，书中详细介绍了如何利用太赫兹光谱的独特性质，来检测药物中的杂质，甚至识别不同晶型的药物，这对于保障药品质量和安全具有重要的意义。在无损检测方面，书中展示了太赫兹成像技术在检测隐藏裂纹、测量涂层厚度以及识别材料成分等方面的巨大潜力，这些都直接解决了工业生产中的实际痛点。作者在撰写过程中，充分考虑了读者的技术背景，对于一些技术性较强的部分，会提供必要的背景知识铺垫，确保读者能够理解。更重要的是，书中并未止步于现有技术的介绍，而是积极展望了太赫兹技术未来的发展方向，比如在高速通信、环境监测等领域的潜在突破，这无疑为我的未来研究方向提供了广阔的思考空间。