半導體科學與技術叢書：矽光子學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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餘金中 編

圖書標籤:

• 半導體
• 光子學
• 矽光子學
• 集成光子學
• 光學
• 材料科學
• 電子工程
• 通信
• 微電子學
• 納米技術

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030304797

版次：1

商品編碼：12130248

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：2011-03-01

用紙：膠版紙

頁數：448

字數：566000

正文語種：中文

內容簡介

　　光子學是一門研究光子的産生和運動特性、光子同物質的相互作用及其應用的前沿學科，矽光子學專門研究矽以及矽基異質結材料（諸如SiGe/Si、SOI等）等介質材料中光子的行為和規律，著重研究矽基光子器件的工作原理、結構設計與製造以及在光通信、光計算等領域中的實際應用，《半導體科學與技術叢書：矽光子學》共19章，分彆介紹矽基光子學基礎、應用和發展趨勢；矽基異質結構和量子結構的物理性質、製備方法；矽基光子器件，包括矽基發光器件、探測器、光波導器件；矽基光子晶體、矽基光電子集成、矽基光互連以及矽基太陽能電池。
　　《半導體科學與技術叢書：矽光子學》可以作為高等院校高年級本科生和研究生的教材和參考書，也可作為半導體光子學、光電集成、光電子器件、信息網絡係統、計算機光互連及相關技術領域的科研人員、工程技術人員的參考書。

作者簡介

　　餘金中，湖北鄂州人，1965年中國科學技術大學物理係畢業，在日本大阪大學獲工學博士學位。作為訪問學者，先後在日本、美國、德國工作過。現為中國科學院半導體研究所研究員、博士生導師，中國科學院研究生院和華中科技大學兼職教授。
　　長期從事半導體光電子學研究，包括研究AIGaAs、InGaAsP激光器和低能等離子體刻蝕微細加工等，目前主要從事矽基光子學的研究。
　　先後獲得國傢、中國科學院、北京市等各種奬勵十多次，其中中國科學院科技進步二等奬和國傢科技進步二等奬各兩次，1992年起享受國務院特殊津貼。2010年擔任Group Four Photonics 2010國際會議主席。在國內外先後發錶學術論文300多篇、齣版的著作有《半導體光電子技術》（編著）、《信息光子學物理》（閤著）、《中國材料工程大典》11捲第四篇（主編）和《矽鍺的性質》（譯著）等。指導培養瞭二十多名博士。

內頁插圖

目錄

前言/序言

　　誕生於20世紀中葉的固體電子學作為信息産業的支柱，如今已深入韆傢萬戶，在國民經濟、國防建設及辦公和生活中無處不在地作齣瞭不可替代的貢獻。然而隨著社會的進步、科技的發展和生活質量的提高，固體電子學和其他技術一樣在需求滿足上也都顯露齣其一定的局限性，信息傳輸的容量、處理的速度及傳遞過程中的安全性、保密性等方麵正逐漸麵臨新的挑戰。革命導師恩格斯曾斷言（大意）：“社會的需求勝過十所大學的作用，是科學技術發展的最大動力，”鄧小平同誌曾經指齣：“科學技術是第一生産力，”固體光子學的應運而生體現瞭對電子學功能運作的補充和拓展，固體光子學是研究光子作為傳遞信息的載體在介質中的産生與消失、關聯與耦閤、運動與操控、感知與探測，以及運作與運用的一門新的科學技術，基於半導體介質的光子學即半導體光子學。
　　毋庸置疑，矽在當今固體電子學中占據瞭不可替代的主角地位，化閤物（GaAs、InP等）半導體光子器件（如激光器、探測器等）則另據一隅，在光縴通信領域中得到成功的應用，然而把二者融閤集成在一個芯片上，在材料與工藝上卻存在難以逾越的“非兼容性”鴻溝。由此，時代的需求呼喚矽基光子學的誕生，然而矽是間接帶隙、非極性半導體材料，發光效率很低，電光係數很小，這在很長一段時間內限製瞭有源光子器件的發展，使它登不上光子學的大雅之堂。
　　多孔矽高效發光的發現雖然時過近20年，其實際應用進展緩慢，但它卻雄辯地說明：隻要經過適宜的人工改造，矽仍然可以實現高效發光，包括增強電光效應，原子層生長和納米技術的成熟，能帶工程、聲子工程和摻雜工程的綜閤應用，這些都為矽光子學的發展提供瞭堅定的物理和技術基礎，加速瞭矽光子器件的發展步伐，並呈現齣有望獨樹一幟的趨勢，實現光子學與電子學在矽芯片上融閤集成已時日不遠，它無疑將促使當代信息技術的發展登上一個新的高峰，這就是矽光子學成為當今國內外半導體界關注熱點的原因，無論是大學、科研院所，還是企業界都對矽光子學投入瞭相當的研發力量。
　　矽光子學的發展首先需要大批熟悉其科技內涵的科研人員與工程技術人員，一本兼容基礎性和前沿性的矽光子學讀物也是必不可少的，國外雖然齣版過相關書籍，但大多以論文集形式介紹其前沿發展，缺乏基礎性和係統性，餘金中同誌主編的《矽光予學》就是力圖從基礎內涵齣發，以器件設計為核心，同時兼顧前沿應用的最新發展，係統全麵地闡述矽基光子學的豐富內涵。
　　該書的撰寫團隊包括瞭在國內長期從事矽光子學研發與教學的科技人員，他們在從事研究工作的多個方麵都有自己的研發成果和實踐體驗。該書文字錶述通順，圖錶、數據翔實，無疑對關注與從事該領域研發的廣大科技人員和在讀的研究生是一本很有裨益的、可持續參閱的難得的讀物。
　　本人誠摯推薦和深切期望，《矽光子學》的齣版發行，必將有助於普及和提高在該領域工作的科技人員的素質，更快更好地推動我國矽光子學的發展。

半導體科學與技術叢書：矽光子學 圖書簡介 叢書主旨： 《半導體科學與技術叢書》旨在深入探討半導體領域的前沿理論、關鍵技術與新興應用。本叢書關注半導體材料、器件、集成電路設計、先進製造工藝以及下一代信息技術（如光電子、量子計算、高頻器件等）的最新進展。叢書緻力於為半導體行業的科研人員、工程師、高校師生以及相關領域的政策製定者提供全麵、深入、具有前瞻性的專業參考資料，推動我國半導體技術的創新與發展。 《矽光子學》分冊概述： 《矽光子學》是本叢書中的重要組成部分，它聚焦於一個正在快速崛起的顛覆性技術領域——基於矽基平颱的光子集成技術。本書係統性地闡述瞭矽光子學的基礎理論、關鍵器件原理、先進製造工藝以及在高速通信、數據中心、傳感、激光器等前沿領域的應用現狀與未來趨勢。本書力求在理論深度與工程實踐之間找到最佳平衡點，為讀者構建一個清晰、完整的矽光子學知識體係。 核心內容深度解析： 第一部分：矽光子學基礎理論與材料科學 本部分奠定瞭理解矽光子學的理論基石。它從電磁波在介質中的傳播理論齣發，詳細介紹瞭光波導的基本原理，包括模場分布、損耗機製（如輻射損耗、散射損耗）和模式耦閤理論。 矽基材料特性： 深入分析瞭SOI（絕緣體上矽）襯底的結構優勢，討論瞭光子禁帶結構、非綫性光學效應（如自相位調製、交叉相位調製）在矽材料中的錶現及其對器件性能的影響。 耦閤機製： 重點闡述瞭光子芯片與外部光縴、其他光波導之間的耦閤技術，包括端麵耦閤、光柵耦閤器（如垂直耦閤器和傾斜光柵）的設計與優化，這是實現光路高效接入的關鍵瓶頸。 光電器件基礎： 闡述瞭矽基光有源器件（如調製器、探測器）與無源器件（如波導、分束器）的工作機理差異，為後續的器件設計奠定基礎。 第二部分：核心光子器件原理與設計 本部分詳細剖析瞭構成矽光子集成電路（PIC）的幾大核心元件的設計、仿真與優化方法。 高效調製器： 詳盡討論瞭基於載流子效應（Carrier-Dispersion Effect）的馬赫-曾德爾乾涉調製器（MZM）和基於自由載流子等離子體色散效應的環形諧振腔調製器（RAC）。分析瞭器件的帶寬、插入損耗、電壓效率（$V_{pi}L$）以及噪聲特性的權衡取捨。特彆關注瞭高速光通信對調製器提齣的嚴苛要求。 光波導結構： 介紹瞭各種先進波導結構，如超高約束波導（High-Index Contrast Waveguides）、定嚮耦閤器、多模乾涉耦閤器（MMI）和布拉格光柵濾波器。探討瞭如何通過結構設計來精確控製光束的傳輸和濾波特性，以適應大規模集成。 光吸收與探測： 詳細分析瞭矽基光電探測器的原理，包括PIN結結構、光電轉換效率、帶寬限製。重點研究瞭與矽CMOS工藝兼容的Ge/Si異質結探測器的製造工藝與性能優化策略，以實現對1310nm和1550nm波段的高效響應。 第三部分：製造工藝與集成技術 矽光子器件的性能高度依賴於其製造精度。本部分係統梳理瞭從晶圓到芯片的完整工藝流程。 先進光刻技術： 討論瞭深紫外光刻（DUV）和極紫外光刻（EUV）在亞波長光子結構製造中的應用。強調瞭光刻膠的選擇、圖形轉移的精度控製對器件損耗和色散的影響。 刻蝕技術： 深入解析瞭乾法刻蝕（如反應離子刻蝕 RIE）在形成垂直、高深寬比波導側壁中的關鍵作用。探討瞭側壁粗糙度如何導緻散射損耗，以及如何通過等離子體參數優化來改善錶麵質量。 異質集成： 矽本身不發光，因此異質集成是實現激光器的關鍵。本部分詳述瞭如何將III-V族材料（如InP、GaAs）通過鍵閤技術（如範德華鍵閤、金屬鍵閤）集成到矽襯底上，形成高效的單片或混閤集成激光光源。 第四部分：係統集成與前沿應用 本書的最後部分將目光投嚮矽光子學技術的實際部署與未來潛力。 高速數據通信： 分析瞭矽光子技術在100G、400G乃至更高速率光模塊中的應用，包括相乾檢測技術、集成可調諧濾波器陣列（TFF）在波分復用（WDM）係統中的角色。 光互連技術（Optical Interconnect）： 闡述瞭芯片內（on-chip）、芯片間（chip-to-chip）光互連的架構設計，以及它如何解決傳統電互連麵臨的功耗牆和帶寬瓶頸問題。 傳感與計量： 探討瞭基於高Q值諧振腔的超靈敏生物化學傳感器、壓力傳感器和射頻（RF）信號處理應用的原理與實現。 本書特色： 本書不僅提供瞭紮實的理論基礎，更融入瞭大量當前産業界關注的工程實例和前沿研究成果。通過對關鍵參數的量化分析和典型器件的案例研究，讀者可以掌握將理論轉化為可製造、高性能光子芯片設計的核心能力。本書旨在成為推動我國矽光子技術從實驗室走嚮大規模商業化應用的重要技術參考書。

評分☆☆☆☆☆

我是一名長期在光通信領域工作的工程師，深耕於模塊設計與係統集成。近年來，矽光子技術以其潛在的低成本、高密度和與CMOS工藝兼容的優勢，迅速成為行業熱點，我所在的團隊也開始涉足相關的項目。因此，我購買《半導體科學與技術叢書：矽光子學》的初衷，是希望通過閱讀，能快速地掌握矽光子學在實際應用中的關鍵技術和發展瓶頸。我尤其關注書中關於不同矽光子器件的性能參數、可靠性評估以及標準化的討論，這些對於實際産品開發至關重要。例如，書中對於高速光調製器在不同工作電壓下的性能錶現、以及光探測器在不同波長和溫度下的靈敏度衰減等問題的分析，如果能提供詳細的實驗數據或理論模型，將極具參考價值。此外，書中對於不同矽光子集成平颱的比較，例如從設計到封裝的整體流程，以及不同廠商的技術路綫特點，如果有深入的介紹，將對我評估和選擇閤適的閤作夥伴非常有幫助。我期望這本書能像一本“技術手冊”一樣，為我提供解決實際工程問題的思路和方法。

評分☆☆☆☆☆

從一名資深科研人員的角度來看，《半導體科學與技術叢書：矽光子學》的書名暗示著它可能是一本內容詳實、學術性強的專業書籍。我期待書中能夠深入探討矽光子學的理論基礎，例如光在介質中的傳播方程、衍射理論、以及電磁場與物質的相互作用等。對於器件層麵，我希望書中能夠提供嚴謹的物理模型和數學推導，解釋不同矽光子器件的設計原理，以及它們在電學和光學特性上的相互製約關係。例如，對於矽基調製器的性能優化，我期望書中能夠詳細分析其速度、能耗、效率與製造工藝之間的復雜關聯，並探討當前最先進的調製技術，如熱光調製、電光調製、以及其他新興調製機製的優劣。此外，在集成方麵，我關注書中能否對矽光子芯片的規模化製造、光互連技術中的挑戰（如連接密度、耦閤損耗、熱管理），以及與現有電子芯片的封裝集成技術進行深入的分析和討論。我希望這本書能夠成為我研究工作的有力參考，為我提供解決前沿科學問題的理論指導和技術啓示。

評分☆☆☆☆☆

我是一名電子工程專業的本科生，目前正在為我的畢業設計選題而苦惱。在老師的推薦下，我瞭解到矽光子學是一個非常有前景的研究方嚮，並且《半導體科學與技術叢書：矽光子學》這本書籍的齣現，讓我看到瞭希望。我期望這本書能夠為我打下堅實的理論基礎，讓我能夠理解矽光子學與傳統電子學在信號處理和信息傳輸上的區彆與聯係。我特彆希望書中能夠詳細講解如何設計和仿真矽光子器件，例如使用一些主流的仿真軟件，如Lumerical、COMSOL等，如何輸入參數、設置邊界條件，以及如何解讀仿真結果。對於我來說，能夠清晰地瞭解不同參數對器件性能的影響，例如波導的寬度、高度、摺射率如何影響模式的傳輸和損耗，以及調製器的電光效應和調製深度等，將是至關重要的。此外，如果書中還能包含一些簡單的實驗設計思路，或者對現有的一些經典實驗進行介紹，並提供相應的實驗數據分析方法，那將極大地幫助我完成我的畢業設計。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對光學和半導體交叉領域充滿好奇的在讀博士生，我一直渴望找到一本既能係統梳理矽光子學基礎，又能展現前沿研究方嚮的教材。《半導體科學與技術叢書：矽光子學》這個書名瞬間吸引瞭我。我尤其期待書中能夠深入淺齣地講解矽光子器件的物理原理，比如如何利用矽的介電常數變化來實現光波的調控，以及各種核心組件如波導、調製器、探測器的設計理念和工作機製。同時，對於材料科學與工程背景的我來說，書中能否詳述矽基材料的製備工藝、衍射極限的突破、以及如何將現有半導體製造技術與光子學相結閤，是我關注的重點。更重要的是，我希望這本書能為我提供一個堅實的理論基礎，讓我能夠理解當前矽光子學領域麵臨的挑戰，例如損耗問題、集成密度、以及與傳統電子學的協同工作等，並激發我在後續研究中探索新的解決方案。我非常希望它能包含關於新材料（如二代矽基材料）和新器件（如光子晶體、超材料在矽光子學中的應用）的討論，為我打開更廣闊的視野，瞭解行業發展趨勢。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿技術發展充滿熱情的研究愛好者，我總是密切關注著科技界的新動嚮。《半導體科學與技術叢書：矽光子學》這個書名，聽起來就充滿瞭科技感和未來感。我腦海中勾勒齣的這本書，應該是一本能夠引領讀者領略矽光子學如何從實驗室走嚮實際應用的“科普讀物”，但又不會失於淺薄。我期望書中能夠用生動形象的比喻，解釋光子如何在矽芯片中穿梭，如何實現信息的傳輸和處理，例如將光子比作“微型快遞員”，而矽芯片則是“高效的物流網絡”。我希望書中能夠通過豐富的圖示和生動的案例，展現矽光子學在各個領域的應用前景，比如人工智能、大數據中心、自動駕駛，甚至是未來的量子計算。如果書中還能對矽光子技術的發展曆史進行簡要迴顧，並展望其未來可能帶來的顛覆性變革，那將更令我興奮。我期待這本書能夠激發我更深層次的思考，讓我對這項正在改變世界的技術有更宏觀、更深刻的認識，同時也能為我提供一些與朋友分享的有趣話題。