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[德] 迈克尔·尼塞尔（Michael Kneis 著

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紫外光电子器件
氮化物
半导体材料
光电子技术
氮化镓
氮化铝
器件物理
材料科学
应用研究
光电器件

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出版社：化学工业出版社

ISBN：9787122303592

商品编码：29491457992

包装：平装

出版时间：2018-02-01

具体描述

基本信息

书名：紫外光电子器件-氮化物技术及应用

定价：198.00元

作者：迈克尔·尼塞尔（Michael Kneissl）

出版社：化学工业出版社

出版日期：2018-02-01

ISBN：9787122303592

字数：

页码：400

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

1. 本书系统性地总结了全球紫外光电子器件的研究进展。详细介绍了用于紫外光电子的氮化物衬底、外延、材料物理以及紫外发光二极管、激光器以及紫外探测器的制备。 n
2. 由德国柏林工业大学固体物理研究所的Michael Kneissl教授和Jens Rass教授召集德国、美国、日本、爱尔兰等近50名全球知名专家共同编写。 n
3. 除基础理论外，本书精心选择紫外光电子的重点应用领域加以详述：(1)UVA光谱范围内的重要应用包括UV固化和紫外感测；(2)UV-B的关键应用是光疗，特别是牛皮癣和白癜风的治疗，以及植物生长照明例如靶向触发次生植物代谢物；(3)UVC的大规模应用是水净化例如使用端系统，废水处理和回收，以及医疗器械和食品的消毒。

内容提要

本书全面介绍了基于Ⅲ族氮化物的紫外LED、激光器和探测器的新技术，涵盖不同的衬底及外延方法，InAlGaN材料的光学、电学和结构特性以及各种光电子器件，如UV-LED、紫外激光器和紫外日盲探测器。此外，综述了紫外发光器件和探测的一些关键应用领域，包括水净化、光疗、气敏、荧光激发、植物生长照明和UV固化。 n
本书含有大量翔实的图表和参考文献，可供读者进一步了解和认识氮化物紫外光电器件及其应用。本书由德国、美国、日本、爱尔兰等国的知名专家共同执笔，各章的作者都在相关领域有着丰富的经验，其对技术发展的独到见解，能够开拓读者思路，为氮化物紫外光电子器件的发展提供借鉴和参考。 n
本书可供电气工程、材料科学、物理学研究生层次的学生、研究人员和科学家，以及将紫外发光器件和探测器用到各种领域的开发人员参考。

章氮化物紫外光电子器件技术及应用概述/001
摘要001
1．1背景002
1．2UV发光器件及其应用003
1．3UV-LED的新技术和未来挑战004
1．4UV-LED的主要参数和器件性能007
1．5缺陷对UV-LED IQE的作用008
1．6UV-LED的电注入效率和工作电压010
1．7UV-LED的光提取011
1．8UV-LED的热管理与退化012
1．9展望013
1．10小结014
致谢015
参考文献015
第2章AlN体衬底的生长与性能/025
摘要025
2．1AlN晶体的特性与历史026
2．2PVT法生长AlN体单晶：理论027
2．3PVT法生长AlN体单晶：技术029
2．4籽晶生长与晶体长大031
2．5PVT生长AlN体单晶的结构缺陷033
2．6AlN衬底的杂质及相应性质034
2．7结论与展望037
致谢038
参考文献038
第3章蓝宝石衬底上氮化物UV发光器件用AlGaN层气相外延/044
摘要044
3．1简介045
3．2MOVPE生长Al(Ga)N缓冲层046
3．3减少MOVPE生长Al(Ga)N层TDD的技术048
3．4HVPE生长AlGaN层050
3．4．1HVPE技术基础050
3．4．2衬底的选择053
3．4．3HVPE选择生长AlGaN层结果054
3．5小结062
致谢063
参考文献063
第4章AlN/AlGaN生长技术和高效DUV-LED开发/067
摘要067
4．1简介068
4．2DUV-LED研究背景068
4．3蓝宝石衬底上高质量AlN的生长技术073
4．4内量子效率(IQE)的显著提高076
4．5222～351nm AlGaN和InAlGaN DUV-LED080
4．6电注入效率(EIE)通过MQB的增加086
4．7未来高光提取效率(LEE)的LED设计092
4．8小结098
参考文献098
第5章位错和点缺陷对近带边发射AlGaN基DUV发光材料内量子效率的影响/101
摘要101
5．1简介103
5．2实验细节104
5．3杂质和点缺陷对AlN近带边发光动力学的影响107
5．4AlxGa1-xN薄膜的近带边有效辐射寿命112
5．5硅掺杂及引起的阳离子空位形成对AlN模板上生长Al0．6Ga0．4N薄膜近带边发光的发光动力学影响113
5．6小结117
致谢118
参考文献118
第6章UV-LED的光偏振和光提取/122
摘要122
6．1紫外LED光提取123
6．2光偏振125
6．2．1影响AlGaN层光偏振开关的因素127
6．2．2光学偏振与衬底方向的关系130
6．2．3光学偏振对光提取效率的影响132
6．3改善光提取的概念134
6．3．1接触材料与设计134
6．3．2表面制备138
6．3．3封装144
参考文献145
第7章半导体AlN衬底上高性能UVC-LED的制造及其使用点水消毒系统的应用前景/151
摘要151
7．1简介153
7．1．1UVC光源类型153
7．1．2什么是UVC光？153
7．1．3紫外如何工作？155
7．2AlN衬底上UVC LED的制造156
7．3提升POU水消毒用的UVC-LED性能增益162
7．3．1UVT效应162
7．3．2设计灵活性164
7．3．3流动单元建模165
7．3．4流动分析案例165
7．3．5UVC光的使用168
参考文献169
第8章AlGaN基紫外激光二极管/171
摘要171
8．1简介172
8．2AlN体材上的高材料质量生长174
8．2．1AlN体衬底174
8．2．2同质外延AlN174
8．2．3AlGaN激光器异质结构175
8．2．4多量子阱有源区176
8．3宽带隙AlGaN材料的大电流能力177
8．4大电流水平下的高注入效率180
8．5光泵浦UV激光器183
8．6紧凑深紫外Ⅲ-N激光器的其他概念186
8．6．1电子束泵浦激光器186
8．6．2InGaN基VECSEL+二次谐波产生187
8．7小结187
致谢188
参考文献188
第9章日盲和可见光盲AlGaN探测器/192
摘要192
9．1简介193
9．2光电探测器基础195
9．2．1特征参数与现象195
9．2．2各种类型的半导体光电探测器202
9．3Ⅲ族氮化物用于固态UV光电检测211
9．3．1AlGaN基光电导体213
9．3．2AlGaN基MSM光电探测器213
9．3．3AlGaN基肖特基势垒光电二极管214
9．3．4AlGaN基PIN光电二极管215
9．3．5AlGaN基雪崩光电探测器217
9．3．6AlGaN基光阴极219
9．3．7高度集成的Ⅲ氮族器件220
9．4宽禁带光电探测器现状221
9．5小结223
参考文献224
0章紫外LED水消毒应用/234
摘要234
10．1简介235
10．2紫外消毒的基本原则235
10．2．1影响紫外能流的因素237
10．2．2紫外反应器性能的建模与验证239
10．3案例分析240
10．3．1测试紫外LED的实验设置提案241
10．3．2测试条件243
10．3．3使用紫外LED测试的结果246
10．4紫外LED水消毒应用潜力251
致谢252
参考文献252
1章紫外发光器件皮肤病光疗应用/256
摘要256
11．1简介257
11．2紫外光疗的光源257
11．2．1自然日光258
11．2．2气体放电灯259
11．2．3激光器261
11．2．4UV-LED261
11．3皮肤紫外光疗的变化262
11．3．1补骨脂素加UVA(PUVA)治疗262
11．3．2宽谱UVB(BB-UVB)治疗263
11．3．3窄谱UVB(NB-UVB)治疗264
11．3．4UVA-1治疗265
11．3．5靶向紫外光疗265
11．3．6体外光化学治疗(ECP)266
11．4主要皮肤适应证的作用机制267
11．4．1牛皮癣268
11．4．2特应性皮炎268
11．4．3白癜风269
11．4．4皮肤T细胞淋巴瘤269
11．4．5扁平藓和斑秃269
11．4．6全身性硬化症和硬斑病270
11．4．7移植体抗宿主病270
11．4．8多形性日光疹270
11．5采用新型UV发光器件的临床研究271
11．5．1使用无极准分子灯的研究271
11．5．2使用紫外LED的研究272
11．6总结与展望273
参考文献273
2章紫外发光器件气体传感应用/281
摘要281
12．1简介282
12．2吸收光谱284
12．3吸收光谱系统288
12．4紫外光谱仪光源291
12．5光谱仪用LED的光学和电学性质295
12．6UV-LED吸收光谱仪的应用298
12．6．1臭氧传感器299
12．6．2臭氧传感器设计299
12．6．3测量配置300
12．6．4结果300
12．6．5SO2和NO2传感器301
12．6．6SO2/NO2气体排放传感器设计301
12．6．7测量配置302
12．7结论与展望303
参考文献304
3章化学与生命科学中的紫外荧光探测和光谱仪/306
摘要306
13．1简介307
13．2荧光检测和光谱仪的基础和装置308
13．3实验室分析仪器用荧光313
13．4环境监测和生物分析用荧光化学传感315
13．5用自发荧光探测微生物322
13．6皮肤病医疗诊断用荧光326
13．7总结与展望329
参考文献329
4章UVB诱导次生植物代谢物/339
摘要339
14．1次生植物代谢物的本质和形成340
14．2次生植物代谢物的营养生理学341
14．3水果蔬菜消费与慢性病的关系342
14．4植物-环境相互作用中的次生植物代谢物342
14．4．1植物的UVB感知和信令342
14．4．2UVB应激源及植物生长调节剂344
14．5结构分化UVB响应345
14．5．1类黄酮和其他酚类346
14．5．2硫代葡萄糖苷349
14．6定制的UVB-LED次生植物代谢物UVB诱导351
14．6．1研究现状：UVB-LED用于植物照明351
14．6．2UVB-LED针对性植物属性触发的优势352
14．6．3UVB-LED针对性植物属性触发实验装置353
14．7展望354
参考文献354
5章紫外LED固化应用/365
摘要365
15．1简介366
15．2光源367
15．3化学机制368
15．4动力学371
15．5医学应用372
15．6涂层、油墨和印刷375
15．7光固化快速成型377
15．8结论与展望378
参考文献379
专业术语中英文对照表383
单位换算表400

作者介绍

段瑞飞，中国科学院半导体研究所博士，北京中科优唯科技有限公司副总经理，氮化物半导体物理、材料、器件以及应用十多年研究经验，致力于氮化物深紫外LED的产业化。 n
王军喜，研究员，博导，中国科学半导体照明研发中心副主任，带领团队在首先制备出深紫外LED专用设备，开拓性实现300nm以下毫瓦级LED器件，填补了在该领域的空白。 n
李晋闽，原中国科学院半导体研究所所长，科技部“半导体照明联合创新国家重点实验室”主任，“国家半导体照明研发及产业联盟”研发主席兼“联盟标准化委员会”主任。半导体照明外延、芯片及应用集成技术团队的发起人和。

文摘

序言

辉煌的探索：光之领域中的奥秘与前沿我们生活的世界，充斥着无形的能量，而光，便是其中最为神秘且强大的存在之一。从太阳的光辉普照大地，到人造光源点亮黑夜，光无处不在，深刻地影响着我们生活的方方面面。然而，光的奥秘远不止于此。在科学家的不懈探索中，光正被以前所未有的方式被驾驭、操控，并转化为各种尖端技术，开启了全新的应用领域。本书，将带领您踏上一场跨越时空的辉煌探索之旅，深入光之领域，揭示其深邃的奥秘，并展望其充满无限可能的未来。我们将聚焦于那些能够与光进行微妙互动，甚至“玩转”光的器件，它们是现代科技革命的基石，也是我们理解和利用光的重要工具。第一章：光的本质与量子之舞一切的起点，源于对光的深刻理解。本章将从最基本的层面出发，回顾人类对光认识的历史长河。我们不会止步于经典的波动说和粒子说，而是深入探讨光的量子本质。您将了解到，光并非仅仅是简单的电磁波，更是由一份份不可分割的能量——光子组成的。我们将解析光子的奇妙属性，如其能量、动量，以及在微观世界中它们如何遵循概率的规律进行运动。更进一步，我们将探讨光与物质的相互作用。当光子与原子、分子相遇时，会发生怎样的“化学反应”？吸收、发射、散射……这些看似简单的过程，却孕育着无穷的科技潜力。我们将深入理解，为何某些材料能够高效地吸收特定波长的光，而另一些材料则能将其转化为特定形式的光。这将为我们理解后续的光电子器件奠定坚实的理论基础。第二章：光电转换的魔力：从光信号到电信号的桥梁人类社会对信息的渴求，从未停止。而光，凭借其极高的传输速度和信息承载能力，成为了信息时代当之无愧的主角。然而，要将光信号转化为我们熟悉的电信号，进行处理、存储和传输，就需要一种特殊的“翻译官”——光电转换器件。本章将聚焦于实现这一关键转化的器件。我们将详细介绍各种不同类型的光电探测器的工作原理，包括：光电导效应器件：它们如何利用光照引起的材料导电性变化来检测光？我们将深入分析其材料特性、响应速度和灵敏度。光伏效应器件：太阳能电池的基石，它们如何将光能直接转化为电能？我们将解析其p-n结的形成、载流子产生与分离机制，以及影响能量转换效率的关键因素。光电倍增管：那些能够探测极其微弱光信号的“超级侦探”，它们的放大机制是怎样的？我们将揭示其内部的电子倍增过程，以及它们在天文学、粒子物理等领域的独特应用。光电二极管与光电晶体管：它们在光通信、图像传感器等领域扮演的角色。我们将详细剖析其结构、工作模式以及性能指标，如响应时间、量子效率和噪声水平。通过本章的学习，您将深刻理解光电转换器件是如何将无形的“光语言”翻译成可操作的“电语言”，为现代信息处理和通信奠定基础。第三章：从电信号到光信号的嬗变：发光器件的奥秘与将光转换为电信号的探测器相对应，将电信号转化为光信号的发光器件同样至关重要。它们是信息传播的“信号灯”，也是我们生活中不可或缺的光源。本章将带您领略发光器件的精妙设计和工作原理：发光二极管（LED）：如今照明和显示领域的主力军。我们将深入解析其半导体材料的选择、pn结的掺杂工艺，以及电流注入时电子-空穴复合发光的机制。从单色LED到全彩LED，再到高亮度、高效率的新型LED，其发展历程充满了技术革新。激光器： “受激辐射”的奇迹，创造出具有高度单色性、方向性和相干性的光束。我们将探索激光器是如何通过粒子数反转、谐振腔等关键技术实现激光输出的。从早期的气体激光器到如今广泛应用的半导体激光器，其多样性令人惊叹。您将了解到不同类型的激光器在通信、医疗、工业加工等领域的神奇应用。有机发光二极管（OLED）：柔性显示屏的革命者。我们将探讨有机半导体材料的发光特性，以及OLED器件是如何通过电场驱动有机分子发光的。其轻薄、柔性、高对比度的特点，正在重塑我们观看世界的方式。本章将揭示这些发光器件如何将无形的电能转化为耀眼的光芒，驱动着从智能手机屏幕到工业切割设备的无数应用。第四章：光在微观世界中的操控：微纳光学器件的崛起随着科技的进步，我们对光进行操控的能力也越来越精细。微纳光学器件，便是将光在纳米尺度上进行设计、制造和操控的产物，它们正在为光学领域带来革命性的变化。本章将聚焦于这些微小却强大的器件：光波导：它们如何像“光路”一样，引导光在特定路径上传输？我们将探讨不同材料的光波导结构，以及它们在光集成电路中的关键作用。光栅与衍射器件：它们如何利用光的衍射原理，实现光的色散、成像和全息等功能？我们将解析不同类型光栅的设计和应用。超表面（Metasurfaces）：它们是如何通过亚波长结构的精确设计，实现对光的振幅、相位和偏振的任意操控？这将为您打开对新型透镜、全息图和隐形材料等前沿概念的大门。光学传感器：它们如何利用微纳结构对外界光信号做出灵敏的响应？我们将探讨微纳光学传感器在环境监测、生物医学诊断等领域的潜力。微纳光学器件的兴起，标志着我们正从宏观层面理解光，走向微观层面精细操控光的新时代。第五章：光电集成与未来展望当光电转换器件、发光器件与微纳光学器件融合在一起，便诞生了光电集成技术。这如同将各种精密零件组装成一台复杂的机器，使得光学系统更加小型化、高效化，并具备更强大的功能。本章将探讨光电集成的概念和趋势：光通信芯片：如何将光信号的产生、传输、接收和处理集成到单一芯片上，实现超高速、大容量的信息传输？光计算：利用光子而非电子进行信息处理的可能性。虽然尚处于早期阶段，但其潜在的计算速度和能效优势令人振奋。生物光子学：光学技术在生物医学领域的应用。从光镊操控细胞到光学相干断层扫描（OCT）无损成像，光正成为诊断和治疗疾病的重要工具。量子信息技术：利用光的量子特性（如叠加和纠缠）进行信息编码和处理，有望实现超越经典计算能力的量子计算机。最后，我们将展望光电技术未来的发展方向。从更加高效、节能的光源，到更灵敏、智能的光传感器，再到颠覆性的光计算和量子技术，光与电的交织，必将继续书写人类科技进步的辉煌篇章，为构建更美好的未来注入无限可能。本书将以清晰的逻辑、丰富的图示和严谨的科学态度，为您呈现光电技术领域中最具代表性的器件和应用。无论您是光学、电子工程、材料科学等相关领域的专业人士，还是对光科学充满好奇的爱好者，都能从中获得深刻的启发和收获。让我们一起，踏上这场探索光之奥秘的精彩旅程。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我带着一丝对“高深莫测”技术的敬畏感翻开了这本书，但很快就被作者严谨而又清晰的逻辑所折服。这本书最大的亮点在于，它将抽象的物理概念与具体的工程实现紧密结合。比如，在讲解氮化物半导体材料的能带结构时，作者并没有止步于理论的描述，而是立刻引申到这种能带结构如何影响材料的光电特性，进而如何影响紫外光电子器件的效率和光谱。让我印象深刻的是，作者在解释PN结形成和载流子注入时，引用了非常形象的比喻，让那些复杂的载流子输运过程变得容易理解。而且，书中对各种器件结构，如PN结LED、PIN光电二极管、甚至一些更复杂的异质结结构，都进行了详细的剖析，包括其工作原理、设计要点和性能评估方法。每一种结构都配有精美的示意图，清晰地展示了电子和空穴的流动路径，以及光子的产生和吸收过程。作者在分析这些结构时，还会提及一些实际制造中会遇到的挑战，比如界面缺陷的控制、薄膜应力的管理等，这些细节的呈现，让我看到了技术背后付出的巨大努力。这本书对于想要深入了解紫外光电子器件工作原理的读者来说，绝对是一份不可多得的珍宝。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己对氮化物紫外光电子器件的认识上升到了一个新的层次。作者在内容深度上的把握非常到位，既有理论的高度，又不失工程的实践性。我尤其喜欢书中关于“失效分析”和“可靠性研究”的部分。在实际应用中，器件的稳定性和寿命至关重要，作者在这方面的内容，详细介绍了氮化物器件常见的失效模式，以及如何通过改进设计、优化工艺来提高器件的可靠性。比如，关于LED芯片的封装技术，以及不同封装材料对器件光衰和寿命的影响，这些实际的工程考量，在很多理论书中都很难找到。而且，作者还探讨了氮化物材料在宽禁带半导体领域中的独特性质，以及与其他宽禁带材料（如Ga2O3、SiC）的比较。这些对比分析，让我对氮化物技术在整个宽禁带半导体领域中的地位有了更全面的认识。总而言之，这本书不仅仅是一本关于紫外光电子器件的技术书籍，更是一本关于材料科学、半导体工程以及前沿技术应用的市场洞察。它为我提供了宝贵的知识财富，也为我未来的学习和工作指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

我本来以为这本书会是一本纯粹的技术手册，可能会充斥着各种公式和晦涩难懂的术语，但实际阅读下来，我的感受完全不一样。作者在内容的组织上非常巧妙，虽然是技术性很强的书籍，但并没有让人感到枯燥乏味。它在介绍氮化物技术的同时，还花了相当大的篇幅去探讨这些技术在实际应用中的优势和挑战，比如在固态照明、水处理、医疗消毒等领域的具体案例分析。这些案例的选取非常有代表性，能够让我们看到氮化物紫外光电子器件不仅仅是实验室里的研究成果，而是真正能够解决现实世界问题的技术。我尤其喜欢作者对一些前沿应用的分析，例如在深紫外LED用于杀菌消毒方面的潜力，以及在光通信、激光雷达等新兴领域的应用前景。这些内容让我对这个行业的发展趋势有了更清晰的认识，也激发了我对未来技术创新的思考。而且，作者的语言风格也非常平实，不会故作高深，而是用一种非常接地气的方式来讲解复杂的技术概念，让人觉得非常亲切。这本书的深度和广度都让我印象深刻，它不仅仅是一本技术书籍，更是一本关于科技发展和产业应用的启示录。

评分☆☆☆☆☆

我之前对氮化物材料的了解仅限于课本上的基础概念，这本书则像是一扇窗，让我看到了这个领域的无限可能。作者在内容编排上非常有条理，从基础的材料特性讲起，逐步深入到器件的制备工艺和性能表征。我特别欣赏作者在介绍量子限域效应、俄歇复合等关键物理现象时，所做的细致阐述。他不仅仅是给出公式，而是详细解释了这些效应是如何产生，以及它们对器件性能（如内量子效率、外量子效率）的影响。而且，书中还包含了很多关于材料表征技术的内容，比如XRD、PL、SEM等，以及如何利用这些技术来评估氮化物薄膜的质量和器件的性能。这些内容对于理解实验数据和进行器件优化至关重要。我之前在做一些相关的研究时，就经常遇到这些表征方面的问题，这本书为我提供了一个非常系统的解决方案。此外，作者还对氮化物光电探测器和LED在不同波段（从近紫外到深紫外）的性能差异进行了详细的对比分析，这让我对不同应用场景下器件的选择有了更清晰的认识。这本书的学术严谨性和实用性兼具，绝对是值得反复研读的。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让人眼前一亮，作者在氮化物技术这块儿的深入挖掘，完全超出了我的预期。我一直对紫外光电子器件的应用领域很感兴趣，但往往看到的都是比较浅显的介绍，要么侧重于宏观应用，要么就是泛泛而谈。这本书则不同，它直接切入到了核心技术层面，比如氮化物材料的生长工艺、晶体结构优化、掺杂技术等等，这些细节的讲解，让我对器件的性能提升有了更直观的理解。特别是关于MOCVD生长过程中的一些关键参数控制，以及如何通过这些参数来影响材料的质量和器件的性能，写得非常到位。我之前也看过一些相关的文献，但总感觉零散，不成体系。这本书的优点在于，它将这些分散的知识点有机地组织起来，形成了一个完整的知识框架，让我在学习过程中能够循序渐进，逐步深入。而且，作者在描述复杂的技术原理时，还辅以大量的图表和示意图，这对于我这样的非专业读者来说，极大地降低了理解难度，也让整个阅读过程更加生动有趣。这本书真的可以算是氮化物紫外光电子器件领域的“宝典”了，强烈推荐给所有对这个领域感兴趣的朋友。