半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹俊誠 著

圖書標籤:

• 半導體
• 太赫茲
• 探測器
• 源
• 應用
• 微波光子學
• 電子工程
• 物理學
• 材料科學
• 信息技術

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030334022

版次：1

商品編碼：11833357

包裝：精裝

叢書名： 半導體科學與技術叢書

開本：16開

齣版時間：2012-02-01

用紙：膠版紙

頁數：441

字數：560000

正文語種：中文

內容簡介

　　《半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用》主要論述瞭半導體太赫茲（THz）輻射源與探測器的基本原理、模擬與設計、器件研製方法以及THz通信與成像應用等。
　　《半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用》共分11章，包括第1章THZ波産生、探測與應用概述；第2章THz場與低維半導體的相互作用及高場電子輸運；第3章電子學THz振蕩器與器件模擬；第4章THz半導體負有效質量振蕩器非綫性動力學；第5章THz場作用下微帶超晶格非綫性動力學；第6章石墨烯THz光電特性；第7章THz半導體量子級聯激光器；第8章THz半導體量子阱探測器；第9章THz波的傳輸；第10章THz通信；第11章THz成像。
　　《半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用》適閤從事THz、紅外、微波、天文和生物醫學等領域的工程技術人員，以及大專院校和科研院所相關專業的本科生、研究生和科研工作人員參考。

作者簡介

　　曹俊誠，1967年生於江西，1994年於東南大學電子工程係獲博士學位。現為中國科學院上海微係統與信息技術研究所研究員、博士生導師，國傢傑齣青年基金、中國科學院“百人計劃”、上海市自然科學牡丹奬獲得者，新世紀百韆萬人纔工程人選。2004～2010年擔任中國科學院上海微係統與信息技術研究所信息功能材料國傢重點實驗室主任，2011年起擔任中國科學院太赫茲固態技術重點實驗室主任。主要從事太赫茲物理、器件及通信與成像應用等方麵的研究。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 THz波産生、探測與應用概述
1．1 引言
1．2 THz波的産生
1．3 THz波的探測
1．4 THz波的應用
1．5 小結
參考文獻

第2章 THz場與低維半導體的相互作用及高場電子輸運
2．1 THz場與異質結的相互作用
2．1．1 引言
2．1．2 THz場作用下異質結的電子輸運
2．1．3 THz場作用下異質結的多光子輔助吸收
2．1．4 THz場感生的異質結帶間碰撞離化
2．1．5 小結
2．2 THz場作用下量子阱的光吸收
2．2．1 引言
2．2．2 光場作用下量子阱中電子的哈密頓量
2．2．3 量子阱子帶間泵浦一探測光吸收
2．2．4 量子阱子帶躍遷的相乾控製
2．2．5 THz場作用下量子阱子帶占據數和吸收
2．2．6 THz場作用下量子阱帶間光吸收
2．2．7 小結
2．3 THz場作用下超晶格的光吸收
2．3．1 引言
2．3．2 準玻色錶象及激子運動方程
2．3．3 THz場作用下超品格的光吸收與極化
2．3．4 小結
2．4 半導體高場電子輸運
2．4．1 引言
2．4．2 多能榖半導體高場電子輸運
2．4．3 非拋物半導體高場電子輸運
2．4．4 多能榖非拋物帶半導體的碰撞離化過程
2．4．5 小結
參考文獻

第3章 電子學THz振蕩器與器件模擬
3．1 p型量子阱THz負有效質量振蕩器
3．1．1 引言
3．1．2 負有效質量半導體穩態輸運
3．1．3 THz電流振蕩模式與頻率
3．1．4 小結
3．2 基於帶內反射點負微分電導的THz振蕩器
3．2．1 引言
3．2．2 基於帶內反射點的THz振蕩器設計
3．2．3 帶內反射點THz振蕩器模擬
3．2．4 小結
3．3 隧穿注入渡越時間THz振蕩器
3．3．1 引言
3．3．2 量子傳輸邊界方法
3．3．3 器件的直流及小信號輸運特性
3．3．4 小結
3．4 雙勢壘共振隧穿結構THz振蕩器
3．4．1 引言
3．4．2 維格納-泊鬆耦閤模型
3．4．3 共振隧穿結構的I-V特性
3．4．4 共振隧穿結構的THz電流振蕩
3．4．5 共振隧穿結構快速開關特性
3．4．6 小結
3．5 半導體器件的流體動力學模擬
3．5．1 引言
3．5．2 拋物性流體動力學平衡方程器件模擬
3．5．3 非拋物能帶半導體器件模擬
3．5．4 多能榖非拋物能帶半導體器件模擬
3．5．5 小結
參考文獻

第4章 THz半導體負有效質量振蕩器非綫性動力學
4．1 引言
4．2 THz負有效質量振蕩器混沌動力學
4．2．1 直流偏置下的THz振蕩
4．2．2 周期態和混沌態之間的轉變
4．3 THz負有效質量振蕩器的場疇模式
4．4 THz場作用下電流的龐加萊分支圖
4．5 THz場作用下電流的功率譜分支圖
4．6 小結
參考文獻

第5章 THz場作用下微帶超晶格非綫性動力學
5．1 微帶超晶格振蕩器中時空電場疇和負微分電導
5．1．1 引言
5．1．2 微帶超晶格中的電場疇和負微分電導
5．1．3 微帶寬度和摻雜濃度的影響
5．1．4 小結
5．2 THz場作用下微帶超晶格中電流的時空同步和混沌
5．2．1 引言
5．2．2 電場疇與自維持電流振蕩
5．2．3 同步振蕩與電流抑製
5．2．4 THz場作用下微帶超品格的混沌動力學
5．2．5 小結
5．3 THz場與磁場作用下微帶超晶格混沌動力學
5．3．1 引言
5．3．2 超晶格微帶電子輸運
5．3．3 超晶格微帶中電子平均速度的演化
5．3．4 微帶超晶格的混沌動力學特性
5．3．5 小結
5．4 THz場作用下量子點超晶格中的混沌動力學
5．4．1 引言
5．4．2 量子點超晶格電子輸運
5．4．3 速度-電場關係與弛豫頻率
5．4．4 THz場作用下量子點超晶格的混沌動力學
5．4．5 混沌區域與控製參數的依賴關係
5．4．6 小結
參考文獻

第6章 石墨烯THz光電特性
6．1 引言
6．2 石墨烯多量子阱中的共振隧穿
6．2．1 石墨烯係統的傳輸矩陣方法
6．2．2 石墨烯多量子阱電子輸運特性
6．3 石墨烯pn結在THz頻段的三階非綫性光電導
6．3．1 石墨烯pn結帶內和帶間光電導理論模型
6．3．2 三階非綫性THz光電導
6．4 石墨烯在THz頻段的五階非綫性光電導
6．4．1 石墨烯帶間光電導理論模型
6．4．2 五階非綫性THz光電導
6．5 雙層石墨烯納米帶的強THz光電導
6．6 小結
參考文獻

第7章 THz半導體量子級聯激光器
7．1 引言
7．2 THzQCL研究進展
7．3 THzQCL原理與設計
7．3．1 THzQCL基本原理
7．3．2 THzQCL有源區設計
7．3．3 THzQCL波導設計
7．3．4 THzQCL功率增強設計
7．4 THzQCL模擬方法
7．4．1 量子動力學方法
7．4．2 濛特卡羅方法
7．4．3 率方程方法
7．5 四阱共振聲子THzQCL
7．5．1 熱聲子效應
7．5．2 粒子數反轉與增益
7．5．3 I-V特性
7．5．4 溫度特性
7．6 三阱共振聲子THzQCL
7．6．1 多體效應
7．6．2 參數優化
7．6．3 聲子阱的影響
7．7 阱注入區共振聲子THzQCL
7．7．1 電場依賴關係
7．7．2 溫度依賴關係
7．8 THzQCL製備與測量
7．8．1 THzQCL材料生長與錶徵
7．8．2 雙麵金屬波導THzQCL
7．8．3 半絕緣等離子波導THzQCL
7．8．4 光譜測量
7．8．5 功率測量
7．8．6 光束錶徵
7．9 小結
參考文獻
……

第8章 THz半導體量子阱探測器
第9章 THz波的傳輸
第10章 THz通信
第11章 THz成像

前言/序言

　　太赫茲（THz）科學與技術是一個應用前景廣泛、發展極其迅速的交叉學科前沿領域。THz波具有不同於微波、紅外光以及X射綫的特點，其研究與應用涉及物理學、材料科學、生命科學、天文學、信息技術和國防安全等多個領域。THz波在物體成像、環境監測、醫療診斷、射電天文、寬帶移動通信、衛星通信和軍用雷達等方麵具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。現代電子學和光子學技術的發展，對THz科學研究與技術開發起瞭極大的推動作用。THz科學與技術的研究熱潮目前正處於一個方興未艾的時期。現在已經有從大學和科研院所分離齣來的從事THz器件生産和THz應用係統開發的公司，它們的齣現標誌著THz技術從實驗室走嚮商業，從學術研究走嚮應用。
　　本書主要以原始論文、尤其是以作者課題組的工作為基礎，對半導體THz輻射源與探測器的基本原理、模擬與設計、器件研製方法以及THz通信與成像應用等，做瞭比較係統的闡述。我的老師雷嘯霖院士、上海交通大學劉惠春教授、澳大利亞伍倫貢大學張潮教授、美國倫斯勒理工學院張希成教授、上海交通大學張傑院士、中國科學院上海高等研究院封鬆林研究員、中國科學院上海微係統與信息技術研究所王曦院士、中國科學院物理研究所楊國楨院士、電子科技大學劉盛綱院士、天津大學姚建銓院士和南京大學吳培亨院士等在科學研究過程中給予瞭作者長期的指導與幫助，作者對他們錶示衷心的感謝。
　　課題組成員在本書部分內容的資料準備以及科研項目完成過程中給予瞭作者有力的幫助，他們分彆是黎華、張戎、譚智勇、郭旭光、呂京濤、伍濱和、徐旭光、王長、王豐、徐公傑、韓英軍、何曉勇、米賢武、張擁華、周其盛、馮偉、陳鎮、周濤、陳鈺琳、高少文、於莉媛、熊風、尹嶸和張真真等。全書的文字和數學公式均采用Ctex軟件輸入。張戎和徐旭光承擔瞭部分錄入工作，王豐承擔瞭部分圖的編輯工作。作者對他們錶示衷心的感謝。
　　本書的齣版得到瞭中國科學院科學齣版基金的資助。書中的研究工作得到瞭各類科研基金的支持，主要包括：973項目“太赫茲重要輻射源、探測及應用的基礎研究”；863項目“毫米波與太赫茲無綫通信技術開發”；國傢自然科學基金重大項目“太赫茲電磁波段的物理、器件及應用研究”；國傢傑齣青年基金“半導體太赫茲源、探測器及其物理研究”；國傢重大科學儀器設備開發專項項目“基於太赫茲技術的新一代危險品分析檢測儀器開發”：中國科學院重要方嚮性項目“太赫茲成像關鍵技術研究”以及上海市基礎研究重大項目“太赫茲頻段輻射源、探測及其應用基礎研究”等。作者對此錶示衷心的感謝。
　　由於作者水平有限，疏漏和不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。

圖書簡介：固態物理學前沿：超導材料的量子輸運與熱力學行為 本書聚焦於當代凝聚態物理學中一個至關重要且充滿活力的領域——高溫超導體製備、性質錶徵及其在先進電子器件中的潛力。 本著作並非側重於太赫茲波段的輻射源、探測技術或特定的器件應用，而是深入探討瞭復雜氧化物體係（如銅氧化物、鐵基超導體）在極端低溫和高壓條件下的微觀電子結構、異常電子態的形成機製，以及由此衍生的宏觀電輸運和熱力學響應。我們緻力於為研究人員和高年級研究生提供一個全麵、深入的理論框架和詳實的實驗數據分析工具，以理解和操控這些高度關聯電子體係的量子特性。 --- 第一部分：高溫超導體的電子結構與配對機製 本部分內容旨在建立對非傳統超導機理的深刻理解，區彆於傳統的BCS理論框架。 第一章：強關聯電子體係的理論基礎 詳細闡述瞭如何使用哈伯德模型（Hubbard Model）及其各種近似方法（如DMFT——自洽動力學平均場理論）來描述電子間的強庫侖排斥作用。重點分析瞭在不同填充因子下，係統如何從絕緣體轉變為金屬態，並探討瞭荷姆德（Mott）絕緣相的形成根源。此外，還將介紹有效哈密頓量的構建，如何從原子能級躍遷和晶格振動中提取齣描述電子-電子、電子-聲子相互作用的關鍵參數。 第二章：非常規配對的對稱性探索 不同於傳統超導體的s波配對，本部分著重分析非s波配對的證據和理論模型。我們將詳細審視d波、p波以及手性（Chiral）配對的數學錶徵。通過分析透射譜（Tunneling Spectroscopy）和波函數的角分辨光電子能譜（ARPES）數據，我們探討瞭費米弧（Fermi Arcs）的起源及其與超導能隙的內在聯係。特彆關注渦鏇態（Vortex States）在非s波超導體中的拓撲性質。 第三章：電子-聲子耦閤的再評估 盡管在銅氧化物中電子-聲子耦閤作用可能不是主要的配對媒介，但它在某些鐵基和鎳酸鹽超導體中扮演著重要角色。本章將介紹強耦閤極限下的Eliashberg方程的修正形式，以及如何通過拉曼散射（Raman Spectroscopy）實驗來精確量化晶格振動模式（聲子）與電子激發之間的耦閤強度。討論瞭僞能隙（Pseudogap）現象中，晶格不穩定性和電子關聯效應的相互作用。 --- 第二部分：量子輸運現象與熱力學測量 本部分將理論預測與高精度實驗測量相結閤，深入解析超導態及正常態下的電學和熱學特性。 第四章：異常電阻率與輸運機製 深入探討瞭在非中心對稱（NCS）超導體中觀測到的綫性電阻率現象。引入玻爾茲曼輸運方程，並討論在存在強雜質散射和強自鏇漲落（Spin Fluctuations）的情況下，如何修正經典輸運係數。詳細分析瞭霍爾效應（Hall Effect）在研究費米麵拓撲結構中的應用，特彆是如何利用霍爾角測量來識彆齣費米麵嵌套（Nesting）的程度。 第五章：熱力學性質的量化分析 係統闡述瞭如何利用比熱容（Specific Heat）測量來區分不同類型的超導態。詳細推導瞭在存在雜散磁通綫（Flux Pinning）的情況下，磁通流（Flux Flow）對比熱容的貢獻。此外，本章還分析瞭熱電效應（Thermoelectric Effects），如塞貝剋係數（Seebeck Coefficient），如何作為探針來揭示正常態下的奇異金屬（Strange Metal）行為，特彆是其溫度依賴性。 第六章：壓力誘導的量子相變 高壓技術是探索材料新相圖的關鍵手段。本章重點分析瞭在數GPa甚至數十GPa壓力下，超導轉變溫度($T_c$)的急劇變化規律。通過晶格常數的改變，壓力如何影響費米麵與布裏淵區邊界的相對位置，以及如何觸發從超導態到其他量子有序態（如磁性態或密度波態）的轉變。提供瞭晶體結構分析（如X射綫衍射）與電學測量耦閤的實例研究。 --- 第三部分：新型拓撲超導與界麵效應 本部分麵嚮前沿探索，討論如何通過結構工程設計新型量子態。 第七章：拓撲超導體的理論構建 介紹瞭拓撲絕緣體與超導體的結閤所産生的無能隙拓撲超導態。重點講解瞭Majorana零能模（Zero Modes）的物理圖像，其非阿貝爾統計特性，以及在磁性納米綫/超導體異質結構中尋找這些準粒子的實驗路徑。 第八章：界麵物理與異質結效應 探討瞭在超導體/半導體界麵或超導體/鐵磁體界麵處，由於界麵能壘和電子結構失配導緻的界麵耦閤效應。研究瞭如何利用界麵工程來增強超導電性（如界麵增強超導），或誘導齣界麵磁性與超導性的競爭。 結語：麵嚮未來的挑戰 總結瞭當前高溫超導研究中尚未解決的核心科學問題，包括$T_c$的上限、奇異金屬行為的本質，以及如何將這些基礎發現轉化為具有實用價值的宏觀器件。 --- 本書特色： 理論深度與實驗廣度並重： 提供瞭從微觀量子場論到宏觀輸運測量的完整分析工具集。 聚焦關聯電子體係： 嚴格圍繞復雜氧化物和鐵基材料中特有的強關聯效應展開。 數據驅動的分析： 包含瞭對經典和最新實驗數據的詳細解讀和擬閤方法。 本書適閤於材料物理、凝聚態物理、固態電子學領域的研究人員、博士後以及緻力於理解復雜量子物質特性的研究生閱讀。

評分☆☆☆☆☆

感悟 這套書的齣版，對於推動國內半導體太赫茲技術的發展，無疑具有裏程碑式的意義。作為一個長期從事半導體器件研發的科研人員，我深知要將前沿的科學理論轉化為實際的工程應用，需要付齣多少艱辛的努力。而這套書，恰恰是這種努力的集大成者。作者們不僅在理論深度上達到瞭新的高度，更在內容的組織和呈現上，展現齣瞭極高的專業素養。書中大量的圖錶、實驗數據和參考文獻，都為讀者提供瞭深入研究的堅實基礎。我尤其贊賞書中對於跨學科研究的重視，它清晰地錶明，半導體太赫茲技術的發展，離不開物理、電子工程、材料科學、化學等多個領域的緊密閤作。讀完這套書，我深刻體會到，太赫茲技術並非遙不可及的“黑科技”，而是正在一步步走進我們生活的現實。它所蘊含的巨大潛力，將在未來為人類社會的發展帶來深刻的變革。這套書不僅是一份學術報告，更是一份對未來的展望，一份對科技創新的鼓舞。

評分☆☆☆☆☆

收獲 在係統地研讀瞭這套《半導體科學與技術叢書》之後，我感覺自己的知識體係得到瞭極大的拓展和深化。原先我僅關注於半導體器件的某些特定領域，而這套書則為我搭建瞭一個宏觀的框架，讓我能夠從更廣闊的視角去理解太赫茲技術在半導體領域的發展脈絡。從基礎的物理原理，到具體的器件設計，再到最終的應用落地，每一個環節都被清晰地勾勒齣來。我特彆喜歡書中關於不同半導體材料在太赫茲波段錶現的對比分析，這對於我選擇閤適的材料來優化器件性能非常有幫助。此外，書中對各種先進的製備工藝的詳細介紹，也讓我對實驗室研究成果如何轉化為工業化生産有瞭更直觀的認識。我曾多次在國際會議上聽到關於太赫茲技術的研究報告，但往往因為缺乏係統性的背景知識而難以深入理解。如今，通過閱讀這套書，我仿佛打通瞭任督二脈，能夠更清晰地把握相關研究的重點和難點。這套書不僅為我的學術研究提供瞭源源不斷的靈感，更重要的是，它激發瞭我對這個前沿領域更深層次的探索欲望。

評分☆☆☆☆☆

驚喜 坦白說，我在閱讀《半導體太赫茲探測器》之前，對太赫茲探測器的瞭解主要停留在一些基礎的概念層麵。但這本書的齣現，徹底顛覆瞭我的認知。作者的敘述方式非常獨特，他沒有一開始就陷入各種復雜的公式和晦澀的物理概念，而是從實際應用場景齣發，巧妙地引入瞭各種探測器的基本原理。我特彆喜歡書中關於“太赫茲探測器如何‘看見’隱形物體”的章節，通過生動的類比和圖示，將熱探測器、摻雜半導體探測器、量子阱探測器等的工作機製解釋得淋灕盡緻。其中，對肖特基勢壘探測器的深入講解，讓我對高頻電子器件在微弱信號探測方麵的極限有瞭更深刻的認識。作者在介紹不同探測器類型時，不僅詳細闡述瞭它們的優缺點，更著重分析瞭在不同應用場景下的適用性。例如，在討論生物醫學成像應用時，書中詳細比較瞭不同探測器在靈敏度、響應時間、工作溫度等方麵的差異，並給齣瞭相應的選擇建議。這種貼近實際需求的講解方式，對於我這樣一個更側重於應用研究的讀者來說，無疑是雪中送炭。此外，書中還穿插瞭許多關於最新探測器技術的研究進展，這讓我得以一窺該領域未來的發展趨勢。

評分☆☆☆☆☆

啓發 當我翻開《半導體太赫茲應用》時，我已經被前兩捲所展現齣的技術魅力深深吸引，而這一捲則將這份吸引力推嚮瞭高潮。作者用非常接地氣的方式，為我們描繪瞭一個太赫茲技術正在悄然改變世界的藍圖。書中涉及的應用領域極其廣泛，從安檢、食品檢測，到工業無損檢測、通信，再到天文學和生物醫學，每一個章節都充滿瞭令人驚嘆的案例。我尤其對書中關於太赫茲在藥物研發和無損檢測中的應用的討論印象深刻。例如，書中詳細介紹瞭如何利用太赫茲光譜的獨特性質，來檢測藥物中的雜質，甚至識彆不同晶型的藥物，這對於保障藥品質量和安全具有重要的意義。在無損檢測方麵，書中展示瞭太赫茲成像技術在檢測隱藏裂紋、測量塗層厚度以及識彆材料成分等方麵的巨大潛力，這些都直接解決瞭工業生産中的實際痛點。作者在撰寫過程中，充分考慮瞭讀者的技術背景，對於一些技術性較強的部分，會提供必要的背景知識鋪墊，確保讀者能夠理解。更重要的是，書中並未止步於現有技術的介紹，而是積極展望瞭太赫茲技術未來的發展方嚮，比如在高速通信、環境監測等領域的潛在突破，這無疑為我的未來研究方嚮提供瞭廣闊的思考空間。

評分☆☆☆☆☆

初遇 拿到這套書的時候，就被它厚重的分量和精美的裝幀吸引瞭。封麵上“半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用”一行字，透露著一股嚴謹而前沿的氣息。我是一名在讀的博士生，研究方嚮正是與半導體器件相關。最近在準備撰寫一篇關於新型半導體材料在太赫茲成像中的應用的論文，因此對這套書一直充滿期待。打開第一捲《半導體太赫茲源》，扉頁上簡潔的引言就讓我眼前一亮，它不僅僅是對學術成就的羅列，更像是作者們在嚮讀者分享一段探索未知世界的旅程。我迫不及待地翻閱起來，從開篇就感受到瞭作者深厚的學術功底和對領域發展的深刻洞察。書中對於各種太赫茲源的原理、結構、性能以及製備工藝的闡述，都極其詳盡，邏輯清晰。例如，在介紹量子級聯激光器（QCL）的部分，作者不僅梳理瞭其發展曆史，更是從能級躍遷、量子阱設計、材料選擇等多個維度進行瞭深入剖析，並通過大量的圖錶和公式，將復雜的物理原理以直觀易懂的方式呈現齣來。我尤其欣賞的是，書中並未止步於理論的闡述，而是緊密結閤瞭最新的研究成果和實驗數據，使得內容既有理論深度，又不失前沿性。讀到關於新型半導體材料在構築太赫茲源方麵的潛力時，我仿佛看到瞭未來半導體技術發展的無限可能，這無疑為我的研究提供瞭極大的啓發和方嚮指引。