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高建军 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040313260

商品编码：29729205848

包装：平装

出版时间：2011-01-01

基本信息

书名：光电集成电路设计与器件建模(英文版)

定价：59.00元

作者：高建军

出版社：高等教育出版社

出版日期：2011-01-01

ISBN：9787040313260

字数：

页码：262

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.740kg

编辑推荐

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内容提要

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《光电集成电路设计与器件建模（英文版）》主要介绍微波技术在光电子集成电路设计领域的应用，内容涵盖先进的半导体光电子器件建模技术、高速光发射和接收电路设计技术，器件涉及半导体激光器、半导体探测器以及多种高速半导体器件，特别是对于双极晶体管和场效应晶体管在超高速光电子集成电路中的应用进行了详细的讨论。
n　　《光电集成电路设计与器件建模（英文版）》在微波器件建模技术和光电子集成电路设计之间架起了一座学科贯通的桥梁，非常适合微波射频领域和光电子领域的高年级本科生、研究生和科研工作人员入门学习。

目录

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Preface
nAbout the Author
n1 Nomenclature
nIntroduction
n1.1 Optical CommunicatioSystem
n1.2 Optoelectronic Integrated Circuit Computer-Aided Design
n1.3 Organizatioof This Book
nReferences
n2 Basic Concept of Semiconductor Laser Diodes
n2.1 Introduction
n2.2 Basic Concept
n2.2.1 Atom Energy
n2.2.2 Emissioand Absorption
n2.2.3 PopulatioInversion
n2.3 Structures and Types
n2.3.1 Homojunctioand Heterojunction
n2.3.2 Index Guiding and GaiGuiding
n2.3.3 Fabry-Perot Cavity Lasers
n2.3.4 Quantum-Well Lasers
n2.3.5 Distributed Feedback Lasers
n2.3.6 Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers
n2.4 Laser Characteristics
n2.4.1 Single-Mode Rate Equations
n2.4.2 Multimode Rate Equations
n2.4.3 Small-Signal Intensity Modulation
n2.4.4 Small-Signal Frequency Modulation
n2.4.5 Large-Signal Transit Response
n2.4.6 Second Harmonic Distortion
n2.4.7 Relative Intensity Noise
n2.4.8 Measurement Technique
n2.5 Summary
nReferences
n3 Modeling and Parameter ExtractioTechniques of Lasers
n3.1 Introduction
n3.2 Standard Double HeterojunctioSemiconductor Lasers
n3.2.1 Large-Signal Model
n3.2.2 Small-Signal Model
n3.2.3 Noise Model
n3.3 Quantum-Well Lasers
n3.3.1 One-Level Equivalent Circuit Model
n3.3.2 Two-Level Equivalent Circuit Model
n3.3.3 Three-Level Equivalent Circuit Model
n3.4 Parameter ExtractioMethods
n3.4.1 Direct-ExtractioMethod
n3.4.2 Semi-Analytical Method
n3.5 Summary
nReferences
n4 Microwave Modeling Techniques of Photodiodes
n4.1 Introduction
n4.2 Physical Principles
n4.3 Figures of Merit
n4.3.1 Responsivity
n4.3.2 Quantum Efficiency
n4.3.3 AbsorptioCoefficient
n4.3.4 Dark Current
n4.3.5 Rise Time and Bandwidth
n4.3.6 Noise Currents
n4.4 Microwave Modeling Techniques
n4.4.1 PIN PD
n4.4.2 APD
n4.5 Summary
nReferences
n5 High-Speed Electronic Semiconductor Devices
n5.1 Overview of Microwave Transistors
n5.2 FET Modeling Technique
n5.2.1 FET Small-Signal Modeling
n5.2.2 FET Large-Signal Modeling
n5.2.3 FET Noise Modeling
n5.3 GaAs/InP HBT Modeling Technique
n5.3.1 GaAs/InP HBT Nonlinear Model
n5.3.2 GaAs/InP HBT Linear Model
n5.3.3 GaAs/InP HBT Noise Model
n5.3.4 Parameter ExtractioMethods
n5.4 SiGe HBT Modeling Technique
n5.5 MOSFET Modeling Technique
n5.5.1 MOSFET Small-Signal Model
n5.5.2 MOSFET Noise Model
n5.5.3 Parameter ExtractioMethods
n5.6 Summary
nReferences
n6 Semiconductor Laser and Modulator Driver Circuit Design
n6.1 Basic Concepts
n6.1.1 NRZ and RZ Data
n6.1.2 Optical Modulation
n6.1.3 Optical External Modulator
n6.2 Optoelectronic IntegratioTechnology
n6.2.1 Monofithic Optoelectronic Integrated Circuits
n6.2.2 Hybrid Optoelectronic Integrated Circuits
n6.3 Laser Driver Circuit Design
n6.4 Modulator Driver Circuit Design
n6.4.1 FET-Based Driver Circuit
n6.4.2 Bipolar Transistor-Based Driver Integrated Circuit
n6.4.3 MOSFET-Based Driver Integrated Circuit
n6.5 Distributed Driver Circuit Design
n6.6 Passive Peaking Techniques
n6.6.1 Capacitive Peaking Techniques
n6.6.2 Inductive Peaking Techniques
n6.7 Summary
nReferences
n7 Optical Receiver Front-End, Integrated Circuit Design
n7.1 Basic Concepts of the Optical Receiver
n7.1.1 Signal-to-Noise Ratio
n7.1.2 Bit Error Ratio
n7.1.3 Sensitivity
n7.1.4 Eye Diagram
n7.1.5 Signal Bandwidth
n7.1.6 Dynamic Range
n7.2 Front-End Circuit Design
n7.2.1 Hybrid and Monolithic OEIC
n7.2.2 High-Impedance Front-End
n7.2.3 Transimpedance Front-End
n7.3 Transi-mpedance Gaiand Equivalent Input Noise Current
n7.3.1 S Parameters of a Two-Port Network
n7.3.2 Noise Figure of a Two-Port Network
n7.3.3 Transimpedance Gain
n7.3.4 Equivalent Input Noise Current
n7.3.5 Simulatioand Measurement of Transimpedance Gaiand Equivalent Input Noise Current
n7.4 Transimpedance Amplifier Circuit Design
n7.4.1 BJT-Based Circuit Design
n7.4.2 HBT-Based Circuit Design
n7.4.3 FET-Based Circuit Design
n7.4.4 MOSFET-Based Circuit Design
n7.4.5 Distributed Circuit Design
n7.5 Passive Peaking Techniques
n7.5.1 Inductive Peaking Techniques
n7.5.2 Capacitive Peaking Techniques
n7.6 Matching Techniques
n7.7 Summary
nReferences
nIndex

作者介绍

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　　高建军，华东师范大学教授，博士生导师，“紫江学者”特聘教授，中国科学院微电子研究所客座教授，中国电子学会高级会员，IEEE高级会员，2005年入选教育部“新世纪人才支持计划”。任多个国际微波学术刊物的编委和审稿人，出版学术专著5部，发表SCI论文40篇，EI论文40篇。

文摘

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序言

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书名：光电集成电路设计与器件建模（英文版） 内容简介 本书旨在为读者深入剖析光电集成电路（PIC）的设计原理、关键技术以及支撑这些设计的器件建模方法。我们所讨论的光电集成电路，并非泛泛的电子器件，而是特指那些将光学功能与电子功能集成在同一衬底或封装内的复杂系统。这种集成是现代光通信、光传感、光计算以及新兴光电子应用领域发展的基石。 本书的第一部分，我们将从基础出发，系统梳理光电集成电路的基本概念、发展历程及其在不同领域扮演的核心角色。这部分将涵盖光电效应的物理基础，例如光子与电子在半导体材料中的相互作用机制。读者将了解到，正是这些基础物理原理，使得将光信号转换成电信号（光电探测）和电信号转换成光信号（光发射）成为可能，进而为后续的集成奠定理论基础。我们将深入探讨不同类型的光电材料，如硅（Si）、磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）以及氮化硅（SiN）等，分析它们各自的光学和电学特性，以及在PIC设计中的优势与局限。 随后，我们将聚焦于PIC设计的核心挑战与策略。PIC的设计不仅仅是简单地将光学元器件和电子元器件组合，它涉及到如何在微观尺度上实现高效的光波导、光调制器、光探测器、激光器以及与之匹配的驱动和读出电路的集成。本书将详细阐述光波导的设计原则，包括不同类型的波导结构（如脊形波导、平面波导、脊形平面混合波导等），以及它们在控制光传播、减少损耗方面的作用。我们还将深入研究各种光调制器的原理和设计，例如电吸收调制器（EAM）、电光效应调制器（如马赫-曾德尔调制器MZM）、热光调制器等，分析它们的调制速度、消光比、功耗以及集成难度。对于光探测器，本书将覆盖PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）以及更先进的盖革模式雪崩光电二极管（GM-APD）等，并讨论其响应速度、量子效率、噪声特性等关键性能指标。 在电子电路集成方面，本书将探讨如何设计高性能的驱动电路来精确控制光调制器和激光器，以及如何设计低噪声、高速度的读出电路来高效地处理光探测器产生的电信号。这部分内容将涵盖高速CMOS电路设计技术，以及针对光电器件特性的优化设计方法。我们还将讨论PIC中的无源光学元件，例如分束器、耦合器、滤波器、光栅等，以及它们在构建复杂光学路径和信号处理中的作用。 本书的另一核心部分，专注于PIC器件建模。精确的器件模型是PIC设计流程中不可或缺的环节，它使得工程师能够在仿真环境中预测和优化器件性能，减少物理原型制作的成本和时间。我们将从物理层面出发，详细讲解各种光电器件的数学模型。例如，对于激光器，我们将讨论其增益机制、阈值行为、速率方程模型以及光谱特性模型。对于光调制器，我们将建立其电场-光场耦合模型，分析调制电压、插入损耗、偏振相关损耗等关键参数。对于光电探测器，我们将建立其光生载流子产生、漂移、扩散模型，预测其响应速度、灵敏度和噪声。 此外，本书还将介绍用于PIC器件建模的常用仿真软件和技术，例如基于有限元方法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）以及传输矩阵法（TMM）等光学仿真工具，以及 SPICE 等电子电路仿真工具。我们将讨论如何建立精确的材料模型，如何将这些模型集成到全局仿真流程中，以及如何通过仿真结果来指导器件结构和工艺参数的优化。对于一些复杂的、非线性的器件行为，我们将探讨一些先进的建模技术，例如基于机器学习的建模方法，以提高仿真的准确性和效率。 本书还会深入探讨PIC设计中的集成挑战和实现技术。这包括不同材料的异质集成、多层结构的设计、器件的尺寸微缩、寄生效应的抑制以及光纤耦合技术等。我们将讨论诸如硅光子技术（Silicon Photonics）的进展，它利用成熟的CMOS制造工艺来生产高性能的光电器件，从而实现低成本、大规模的PIC制造。同时，我们也会介绍其他先进的集成平台，如InP基光子集成电路，它们在高速、高功率的光学应用中具有独特的优势。 在整个叙述过程中，本书将强调物理原理与工程实践相结合。每一项器件模型和设计策略的介绍，都将与实际的器件特性和性能指标紧密关联，并辅以具体的例子和应用场景。读者将不仅仅是学习理论知识，更能理解这些理论如何在实际的PIC设计中得到应用，以及如何解决在设计过程中遇到的实际问题。 本书的结构旨在循序渐进，从宏观概念到微观细节，从基础理论到先进技术。我们相信，通过对本书内容的学习，读者将能够掌握光电集成电路设计的核心知识和技能，理解器件建模在PIC开发流程中的关键作用，并为在相关领域开展深入研究或实际工作打下坚实的基础。无论是对光电子学的初学者，还是有经验的工程师和研究人员，本书都将是一份宝贵的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，很大程度上取决于读者自身的背景知识储备。对于一个有扎实微波电子背景的人来说，理解起来会相对顺畅，因为书中某些电磁场分析的部分会不自觉地借鉴射频电路的分析范式。然而，即便是对于我这样有一定的光学基础的读者，也必须承认，某些涉及薄膜光学和耦合模理论的章节需要反复研读。我尝试将书中的一些核心算法（比如有限元法在波导损耗计算中的应用）在自己的软件环境中进行复现验证，发现作者提供的模型框架非常健壮，几乎可以直接用于工程仿真。这表明这本书的编写目的不仅仅是为了学术探讨，更是为了指导实际的芯片制造和测试流程。从排版上看，它的注释和参考文献引用做得非常规范，每一条关键公式的来源都可以追溯到具体的经典文献或开创性的论文，这使得读者可以根据兴趣点深入挖掘，进行个性化的学习。总而言之，这是一部需要沉下心来，甚至需要配合计算软件一同“操作”的工具书，它的价值随着阅读的深入和实践的结合而不断倍增。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最深刻印象是它在严谨性与实用性之间找到了一个近乎完美的平衡点。它没有为了追求学术上的“高深莫测”而刻意使用晦涩的术语，相反，它倾向于用清晰的物理图像来构建复杂的系统认知。例如，在描述光子陷阱效应时，作者配上的插图不仅美观，而且信息密度极高，一眼就能看出不同几何参数如何影响光束的限制能力。此外，书中对设计流程中常见陷阱的警示性描述也极为宝贵。它不像教科书那样只展示成功的案例，而是着重分析了为什么某些看似合理的器件设计在实际制造中会遭遇失败，这种“反面教材”的分享，对于规避项目风险具有不可估量的价值。阅读过程中，我发现自己开始用一种更系统、更整体的眼光去看待光电器件的性能指标，不再是孤立地看待光电转换效率或响应速度，而是将其置于整个集成系统的功耗、带宽和尺寸的制约下进行综合考量。这本书的阅读体验，更像是一次系统的、高强度的专业训练，而不是轻松的知识获取过程。

评分☆☆☆☆☆

我是在准备一次重要的技术汇报时偶然接触到这本专著的。坦率地说，我原本对“器件建模”这类内容抱有一定程度的畏惧，总觉得那是一堆枯燥的微分方程和边界条件。然而，这本书的叙述方式却彻底颠覆了我的认知。作者似乎深谙如何将抽象的数学语言转化为直观的工程语言。例如，在讲解半导体异质结中的载流子传输机制时，它没有陷入纯粹的量子力学纠缠，而是巧妙地引入了等效电路模型，使得工程师能够快速地对器件性能进行初步评估和参数调整。这种“自顶向下”的构建思路非常符合实际研发的流程。我发现书中很多章节的结构都非常新颖，比如它将光传输与电学特性分析在同一框架下进行耦合讨论，这在其他同类书籍中是很少见的。每次当我感觉快要迷失在复杂的数学符号中时，总能找到一小段话，用极其简洁的文字概括了当前模型的物理意义，让人醍醐灌顶。这本书的价值在于，它提供了一个完整的、可操作的理论框架，而不是零散的知识点集合。对于希望从理论设计环节就把握主动权的技术人员来说，这无疑是一份极具战略意义的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

翻阅这本书，给我的感觉是，作者对整个光电子领域的前沿动态有着极其敏锐的嗅觉。它不仅仅停留在对经典结构（如PIN光电二极管、LED等）的传统描述上，而是大胆地引入了许多新兴的研究热点，比如二维材料在光电集成中的应用潜力，以及如何利用机器学习方法优化光栅结构的参数空间。这些内容更新得非常及时，甚至比一些最新的期刊综述都要更具系统性。阅读这些前沿章节时，我能强烈感受到一种驱动未来的紧迫感和兴奋感。书中对不同工作原理器件的性能极限分析也做得非常透彻，它不会一味地鼓吹“完美器件”的可能性，而是坦诚地指出了当前技术面临的根本性物理限制，这对于制定合理的研发目标至关重要。我特别喜欢它在讨论新型材料时，会对比分析其在不同工作波段下的优势与劣势，这种横向的比较分析，让读者能够更全面地评估每一种选择的工程可行性。这本书就像是一份高精度的路线图，标明了通往下一代光电子技术的各个岔路口和它们的复杂程度。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的专业书籍摆在桌面上，立刻散发出一种严谨而深邃的气息。我花了整整一个下午才勉强翻阅完前几章，感觉自己像是踏入了一个布满复杂电路图和数学公式的迷宫。书中的理论推导非常扎实，每一个步骤都力求精确无误，看得出作者在学术功底上投入了巨大的心血。尤其是关于新型光电转换材料特性的分析部分，简直是教科书级别的深度，它不像有些浮于表面的科普读物，而是直击核心，把底层物理原理和实际工程应用之间的联系剖析得淋漓尽致。尽管对于初学者来说，初次接触可能会感到有些吃力，但如果你是研究生或者在一线从事相关研发工作，这本书无疑是一座宝库。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一位经验丰富的前辈在手把手地指导你如何构建一个稳定、高效的光电器件。我尤其欣赏作者在论述中穿插的那些巧妙的比喻，它们就像黑暗中的火把，瞬间点亮了那些原本晦涩难懂的概念。这本书的排版和图示质量也值得称赞，复杂的结构图和波导示意图清晰明了，极大地减轻了阅读的负担。它绝对不是一本可以轻松读完的书，但其提供的知识深度和广度，足以支撑起一个小型研发项目的前期理论准备工作。