半导体科学与技术丛书：胶体半导体量子点 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张宇，于伟泳 著

图书标签:

• 半导体
• 量子点
• 胶体化学
• 纳米材料
• 材料科学
• 物理学
• 半导体物理
• 光电材料
• 发光材料
• 半导体技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030436023

版次：1

商品编码：12059816

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：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：788

字数：993000

正文语种：中文

内容简介

　　《半导体科学与技术丛书：胶体半导体量子点》是作者长期从事胶体量子点研究成果的总结，同时汲取了近几年相关领域主要的新研究报道。主要内容包括：胶体量子点的激子结构和多激子效应，量子点中激子与声子的相互作用。胶体量子点的主要特性，如光学特性、电学特性、温度特性等；详细描述胶体量子点的合成和表征方法，以及典型胶体量子点（如Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-V族、掺杂量子点等）的合成工艺和主要性能；还以较大篇幅展示胶体量子点在光电子器件和生命科学中的应用，如量子点LED、量子点太阳电池、量子点激光器、量子点掺杂光纤和光纤放大器、量子点在生命科学和医学中的应用等。
　　《半导体科学与技术丛书：胶体半导体量子点》汇集了近五年胶体量子点的新研究成果和应用进展，.可供相关专业科技人员、博士和硕士研究生，以及大学教师参考。

内页插图

目录

序前言绪论0.1 胶体半导体量子点0.2 胶体半导体量子点的性质0.2.1 量子尺寸效应0.2.2 量子隧穿效应0.2.3 库仑阻塞效应0.2.4 表面效应0.2.5 介电限域效应0.3 胶体半导体量子点的制备0.3.1 量子点的主要制备方法0.3.2 胶体半导体量子点的主要制备方法0.4 胶体半导体量子点的主要应用0.4.1 量子点光电器件0.4.2 量子点太阳电池0.4.3 量子点在生物医学中的应用参考文献第1章 量子点的电子结构与激子理论1.1 晶体的微观结构1.1.1 空间点阵与晶格1.1.2 几个常见的晶体结构1.1.3 晶面族面间距的计算1.2 半导体量子点电子结构近似理论1.2.1 有效质量近似理论1.2.2 经验赝势近似理论1.2.3 k·p近似理论1.2.4 紧束缚近似理论1.2.5 密度泛函理论1.3 量子点电子结构1.3.1 激子哈密顿量的基本构成1.3.2 单粒子无限深势阱模型1.3.3 单粒子有限深势阱模型1.4 胶体量子点的介电受限和Stark效应1.4.1 介电受限效应1.4.2 量子点尺寸依赖的介电函数1.4.3 胶体量子点Stark效应1.5 量子点中激子与声子相互作用1.5.1 声子1.5.2 激子与光学声子的作用1.5.3 激子与声学声子的作用1.6 跃迁过程与激子复合机制1.6.1 跃迁过程与选择定则1.6.2 自旋与轨道耦合——精细结构1.6.3 吸收与复合1.6.4 自发辐射强度参考文献第2章 胶体量子点的合成与表征2.1 胶体量子点合成的理论基础2.1.1 成核过程2.1.2 生长过程2.1.3 Rogach模型2.2 胶体量子点的合成2.2.1 胶体量子点合成系统2.2.2 胶体量子点的合成方法2.2.3 胶体量子点的形态控制2.3 胶体半导体量子点的功能化修饰2.3.1 表面功能化修饰2.3.2 量子点的核壳结构2.4 胶体量子点晶格结构特性表征与分析技术2.4.1 X射线衍射分析技术2.4.2 透射电子显微镜2.5 胶体量子点光学特性表征与分析2.5.1 胶体量子点吸收光谱分析2.5.2 胶体量子点光致发光的光谱分析2.5.3 胶体量子点光致发光的量子产额测量第3章 II-VI族胶体半导体量子点第4章 IV-VI族胶体半导体量子点第5章 III-V族胶体半导体量子点第6章 其他胶体半导体量子点第7章 胶体半导体量子点的典型物理性质第8章 胶体半导体量子点LED第9章 胶体半导体量子点太阳电池第10章 其他典型的胶体半导体量子点器件与应用索引

前言/序言

　　在最近二十年里，半导体量子点的研究和应用迅猛发展。已有研究表明，半导体量子点表现出诸多异于传统体材料的特性，包括量子尺寸受限效应、多激子效应、表面效应等。利用这些奇异的性质，人们制备出各种半导体量子点材料和器件，在太阳电池、发光显示、激光器、光电探测、生命科学等诸多领域，显示出广泛的应用前景，新成果日新月异。
　　半导体量子点的理论研究也呈现出蓬勃发展的态势。由于量子点尺寸处于宏观周期性体相材料和微观原子、分子之间的中间状态，其电子结构经历了从体材料的连续能带到类原子、分子的准分裂能级的转变。量子点电子结构的研究可以从两方面人手：一种是从固体能带理论出发向量子点结构的演变；另一种是从分子体系向量子点结构的过渡。由于前一种方法基于当今比较完善的固体能带理论，所以使用的较为普遍，主要包括：有效质量近似理论、紧束缚近似理论、经验赝势方法、密度泛函理论、k-p模型等理论方法。
　　胶体半导体量子点制备简单、成本低，倍受人们的关注。与几何级数式增长的科研论文比较，胶体半导体量子点的著作相对较少，特别是国内相关著作几乎是空白。随着更多研究者不断加入这个研究领域，人们迫切地需要系统的胶体量子点的中文著作。根据这样一个实际的需要，基于作者的研究心得并结合相关研究报道，我们尝试撰写这样一部有关胶体半导体量子点的书。
　　本书专注于化合物胶体半导体量子点，主要包括三个部分。第一部分由第1章、第2章、第7章组成，主要介绍半导体量子点的电子结构和激子理论；胶体量子点或纳米晶的结晶学理论和胶体半导体量子点的表征方法，如透射电子显微镜技术、X射线衍射技术、荧光吸收和发光光谱技术等；胶体半导体量子点的典型物理性质，包括尺寸、组分、温度依赖的发光性质，多激子产生效应和俄歇复合，以及胶体量子点之间载流子的转移和能量传递性质等。第二部分由第3～6章组成，主要介绍典型的胶体半导体量子点的制备方法、形态控制和光学特性，包括Ⅱ一Ⅵ族、Ⅳ一Ⅵ族、Ⅲ-V族和多元化合物胶体量子点等。第三部分由第8～10章组成，主要介绍胶体量子点光电器件及其在生命科学等领域的应用，包括胶体半导体量子点太阳电池、光电探测器、发光器件、激光器等。在叙述这些内容的同时，每章后面均给出大量的参考文献，并在书后附有主要物理、化学名词的中英文索引。

纳米光子学前沿探索：新型光电材料与器件集成 丛书导言 本丛书致力于深入剖析当前光电子学领域中最具前沿性和颠覆性的研究方向，重点聚焦于新型半导体材料的合成、特性调控及其在尖端光电器件中的应用集成。我们旨在为研究人员、工程师及高年级学生提供一个全面、深入的知识平台，以应对未来光电子技术革命带来的机遇与挑战。本册特别关注超越传统硅基材料限制的新一代光电体系，强调其在信息技术、能源转换、生物传感等交叉学科中的巨大潜力。 --- 第一卷：高性能光电转换材料的维度控制与界面工程 第一章：二维（2D）材料的光学特性与载流子动力学 本章系统考察了石墨烯的衍生物、过渡金属硫化物（TMDs，如 $ ext{MoS}_2$, $ ext{WSe}_2$）以及黑磷等代表性二维晶体材料的光学响应机制。重点讨论了材料厚度对能带结构、激子束缚能及光吸收截面的精细调控。通过拉曼光谱、光致发光（PL）以及时间分辨光电导（TRPL）等先进表征技术，深入剖析了载流子在二维层间的弛豫过程、界面陷阱态的影响，以及如何通过表面功能化或构建异质结来优化光电转换效率。特别关注了二维材料在高频光通信和超快光电探测中的应用潜力。 第二章：钙钛矿材料的结构-性能关系与稳定性提升策略 本卷的第二部分将视角转向近年来迅速崛起的有机-无机杂化钙钛矿材料。本章详尽阐述了钙钛矿晶体结构的缺陷工程，包括阳离子掺杂、卤素混合以及晶界钝化技术在抑制非辐射复合和提升器件长期稳定性方面的作用。我们深入分析了光照、湿度和热应力对钙钛矿薄膜相稳定性的影响，并重点介绍了通过引入二维层（如PEA、BA）构建“二维/三维”异质结界面，以有效阻挡水分侵蚀并调控电荷传输路径的前沿策略。本章还讨论了钙钛矿材料在高效光伏电池和高分辨率LED中的最新进展。 第三章：III-V族半导体纳米结构的异质结生长与应变工程 本章聚焦于传统高性能半导体材料——磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）及其氮化物的纳米结构化研究。阐述了外延生长技术（如分子束外延MBE、金属有机物化学气相沉积MOCVD）在精确控制纳米线、纳米片维度和晶格匹配上的挑战与机遇。深入探讨了通过应变工程调控III-V族半导体材料的直接/间接带隙转变，从而优化其在光子集成电路（PICs）中作为激光器或调制器的性能。讨论了如何利用量子点或超晶格结构实现特定波长的高效光发射。 --- 第二卷：光电集成器件的先进制造与系统级应用 第四章：基于等离激元增强的光电耦合技术 本卷探讨了如何利用金属纳米结构（如金、银、铝）的表面等离激元共振效应，突破传统半导体器件在光吸收和光捕获方面的衍射极限。本章详细介绍了等离激元激发的机制，包括局域表面等离激元（LSPR）和表面等离激元极化激元（SPP）。应用实例包括：如何设计金属纳米天线阵列以增强二维材料的吸收光谱，以及在超薄光电探测器中利用近场增强效应提高量子效率和响应速度。同时，分析了等离激元损耗对器件效率的负面影响及抑制策略。 第五章：光电探测器的性能优化与新型拓扑结构 本章专注于设计和制造满足高灵敏度、快速响应和宽光谱覆盖需求的新型光电探测器。内容涵盖了新型肖特基结（如金属/TMDs结构）、PIN结构在红外和可见光探测中的优化。重点分析了新型材料（如拓扑绝缘体表面态）在制造低噪声、高信噪比探测器中的应用潜力。此外，本章还详细介绍了光电倍增效应（APM）和雪崩光电二极管（APD）在超弱光信号捕获中的设计原理与制造工艺，并对比了不同架构下的击穿电压与增益带宽积。 第六章：光电传感与生物成像中的集成化解决方案 本卷的收官部分关注于光电技术在生命科学和环境监测中的实际集成应用。本章探讨了如何将高灵敏度光电探测器与微流控芯片技术相结合，实现对生物分子或特定化学物质的快速、无标记检测。讨论了利用光热效应或荧光淬灭机制构建的高特异性生物传感器。此外，还分析了表面等离激元共振（SPR）传感器与光电读出电路的集成方法，以实现对溶液中折射率变化的实时、高精度监测，为便携式医疗诊断设备的设计提供了理论基础和工艺指导。 --- 结语 本丛书的整体目标是构建一个涵盖基础理论、前沿材料和工程应用的综合性知识体系，旨在推动光电子技术从实验室走向实际应用，为下一代光通信、能源捕获和智能传感系统的发展奠定坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书，怎么说呢，感觉内容有点……嗯，怎么形容呢，不是我预期的那种“胶体半导体量子点”。我本来以为会讲很多关于胶体溶液中量子点是如何形成、稳定，以及它们在溶液中的光学和电子性质是如何被调控的。比如，可能涉及表面配体的选择对量子点光学稳定性的影响，或者溶液中量子点的聚集如何改变其发光效率。我特别期待看到一些关于如何通过改变溶剂、浓度或者添加剂来控制量子点尺寸分布和形态的讨论。毕竟，胶体半导体量子点最吸引人的地方之一就是它在溶液中的可加工性，可以实现喷墨打印、旋涂等技术，这在制备大面积、柔性电子器件方面有着巨大的潜力。我希望能看到一些具体的实验案例，展示如何利用胶体量子点的溶液特性来构建各种功能器件，比如LED、太阳能电池或者传感器。还有，对于胶体量子点在溶液中的长时稳定性问题，比如光漂白、氧化等，这本书是否会有深入的分析和提出相应的解决方案，也是我非常关心的。如果能有一些关于不同类型胶体半导体材料（比如II-VI族、III-V族、钙钛矿量子点）在溶液中的制备和性能比较，那就更好了。总的来说，我感觉这本书在理论层面可能比较深入，但对于实际应用和溶液制备的细节，似乎没有过多涉及，这让我有些失望。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书带给我的感觉，有点像是在钻研一本非常非常“硬核”的说明书，但是这个说明书的语言风格又特别的学术，而且它描述的“产品”——胶体半导体量子点，我总觉得它和我脑海中想象的样子不太一样。我本以为它会像一个详细的“组装指南”，告诉我们如何一步步地从最基础的化学原料，通过特定的“胶体”工艺，精确地“制造”出具有特定尺寸和功能的量子点。比如，可能会详细介绍各种合成方法，从“热注入法”到“连续流微反应器法”，并分析每种方法的优缺点，以及如何通过控制反应温度、时间、原料配比、溶剂体系和表面配体等关键参数，来精确控制量子点的尺寸分布、晶体质量和表面化学性质。我还期待看到关于量子点“后处理”过程的详细介绍，例如如何有效地去除未反应的原料、副产物和不合格的量子点，以及如何实现量子点的分散和稳定化，确保它们在溶液中的长期稳定性。更重要的是，我希望能看到一些“故障排除”的章节，分析在制备过程中可能遇到的各种问题，比如量子点容易团聚、发光效率低下、颜色不均一等，并提供相应的解决方案。这本书似乎更多的是在理论层面探讨这些“产品”的“工作原理”，而不是关于如何“制造”和“维护”它们，这让我感到有些遗憾。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己像是完成了一场“理论知识的马拉松”，但对于如何真正“跑起来”，或者说如何将这些理论知识应用到实际的“胶体半导体量子点”的探索中，我感觉还有很多路要走。这本书在理论深度上毋庸置疑，对于量子点相关的物理学和化学原理有着非常细致的阐述，让我对量子点的基础知识有了更扎实的理解。然而，我期望看到更多的是这些理论如何与“胶体”这一形态巧妙结合，以及如何利用“量子点”的独特性质来实现“半导体”功能的创新。比如，在讨论量子限制效应时，我希望能看到更具体的实例，说明不同尺寸的量子点如何影响其吸收和发射光谱，以及如何通过精确控制尺寸来实现光谱的连续调谐。同时，我也希望这本书能更深入地探讨“胶体”在量子点应用中的作用，不仅仅是作为承载介质，而是如何通过调节胶体环境来优化量子点的发光效率、载流子传输或者与其他材料的界面特性。例如，在制备基于胶体量子点的LED时，我希望能看到关于如何优化胶体层厚度、界面修饰以及电极接触等方面的讨论。这本书更像是一本“原理宝典”，而我更需要的是一本“实战攻略”，能够指导我在“胶体半导体量子点”这个领域进行更深入的探索和创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，嗯，怎么说呢，就像一本非常精美的“设计图纸”，展示了一个令人神往的“未来科技”的蓝图，但它并没有告诉我如何去“建造”这座“未来之城”。我期待的是一本“实践手册”，能够指导我如何将那些高深的科学理论转化为实际可行的“胶体半导体量子点”的制备和应用。我希望看到关于不同合成策略的深度剖析，不仅仅是列举几种方法，而是能够深入分析每种方法的机理，以及如何通过调整反应条件来优化量子点的光学和电学性能。例如，对于溶液法合成，我希望能看到关于如何选择合适的表面配体来控制量子点的尺寸、形貌以及其与周围介质的相互作用的详细讨论。还有，关于量子点的“纯化”和“后处理”过程，我也希望能有更详细的介绍，比如如何有效地去除未反应的原料和副产物，以及如何实现量子点的分散和稳定化，以获得高光学效率和良好稳定性的胶体分散液。此外，对于“胶体”这一概念，我希望它不仅仅是指量子点分散在溶液中，而是能更深入地探讨胶体界面处的物理化学过程，比如表面电荷、胶体稳定性以及它们对量子点光学和电学性质的影响。这本书更像是在描绘一个美好的愿景，而我更需要的是一条清晰的、可操作的“实现路径”。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的阅读体验，怎么讲呢，就好像在仰望一座宏伟的科学殿堂，但当我想走进去，却发现门总是半掩着，偶尔透出一些让我惊叹的光芒，但很多时候，我只能在外围徘徊，试图窥探其内在的奥秘。这本书无疑在理论深度上下了很大的功夫，对于量子力学基本原理在量子点上的应用，以及半导体物理的一些核心概念，有着非常详尽的阐述。我能感受到作者对基础科学的深刻理解，那些公式、推导，确实是构建理解量子点本质的基石。然而，我期望看到更多的是这些基础理论如何与“胶体”这一形态联系起来，以及“量子点”这一尺寸效应如何体现在“半导体”的性能上。比如说，当讨论到电子-空穴对的激子行为时，如果能将其与胶体量子点的尺寸、形状和表面状态联系起来，分析这些因素如何影响激子的形成、分离和复合过程，那将会非常有启发性。还有，在提到半导体能带结构时，我希望能看到这些理论如何解释量子点尺寸对能带偏移的贡献，以及如何利用这种尺寸依赖性来实现光学和电学特性的调控。至于“胶体”这一概念，我希望它不仅仅是作为量子点存在的介质，而是能深入探讨胶体环境对量子点行为的独特影响，比如量子限制斯塔克效应的胶体诱导增强，或者胶体界面处的电荷转移机制。这本书更像是在给我打下坚实的理论基础，但关于如何将这些理论转化为实际可操作的“胶体半导体量子点”技术，感觉还有很大一部分空白需要我自己去填补。