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| 內容簡介： |
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《光电子材料与器件》以光学和半导体交叉为理论基础，涵盖了光电子器件的基本原理、核心材料、应用技术及产业及产业应用技术，深度融合基础理论与前沿进展。主要内容包括光学和半导体物理的基础知识，发光型器件（发光显示器件和半导体激光器）、光电探测器件（光电导探测器、光电子发射探测器、光伏探测器）以及太阳能电池的基本原理、特性参数、主要材料与结构、应用实例等。另外，还加入了一些近年来最新的研究进展和应用成果。本书涉及材料科学、光学、电学等领域的知识，涉及的知识面较广，交叉性强。本书既可作为高等院校材料科学与工程、材料物理、纳米材料与技术、光电信息工程、电子科学与技术等专业高年级本科生及研究生的教材或教学参考书，也可作为有关专业科研人员和工程技术人员的参考书。
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| 關於作者： |
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曾海波，南京理工大学材料学院院长、教授、博士生导师。先后入选首批国家优秀青年基金（2012）、万人计划青年拔尖人才（2015）、长江学者奖励计划青年学者（2016）、科技部中青年科技创新领军人才（2016）、国家杰出青年科学基金（2017）。先后获创建了南理工纳米光电材料研究所、工信部新型显示材料与器件重点实验室，主要从事半导体量子点与钙钛矿发光显示研究。在国际上率先发展了全无机钙钛矿三基色LED发光器件体系(Advanced Materials 2015， 27， 7162)，已成为新型显示领域前沿热点方向，单篇引用两年400余次，被同行在《科学》等评价为“首次(first)”“发展了(developed)”“发起了(initiated)”“开启了(opened)”该LED体系，获得中国照明学会“LED首创奖”金奖（2017）、江苏省颗粒学会“创新奖”特等奖（2016）、中国颗粒学会“科技进步奖”二等奖（2016）。已在《自然·通讯》等期刊发表SCI论文200余篇，包括35篇ESI高引论文和5篇ESI热点论文，总引用11，000余次，单篇引用1，100次，H 指数50。研究工作曾多次获得《自然》、《自然·纳米技术》、《自然·亚洲材料》等亮点报道。
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| 目錄：
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第1篇 基础知识
第1章 光学基础知识 002
1.1 光辐射与光 002
1.1.1 光的波动性 002
1.1.2 光的粒子性 005
1.2 光的基本特性 007
1.2.1 光的反射与透射 007
1.2.2 光的干涉、衍射与偏振 010
1.2.3 光的吸收、色散与散射 018
1.3 辐射度学与光度学基础 021
1.3.1 辐射度的基本物理量 022
1.3.2 光度的基本物理量 024
1.3.3 光源的辐射效率与发光效率 027
思考题 027
第2章 半导体物理基础知识 028
2.1 能带理论 028
2.1.1 原子能级和晶体能带 028
2.1.2 本征半导体的能带 029
2.1.3 掺杂半导体的能带 030
2.2 载流子的输运 031
2.2.1 热平衡状态下的载流子 031
2.2.2 非平衡状态下的载流子 036
2.2.3 载流子的扩散与漂移 039
2.3 PN 结 040
2.3.1 PN 结的形成 041
2.3.2 空间电荷区 042
2.3.3 PN 结的能带图 042
2.3.4 PN 结的载流子分布 043
2.3.5 非平衡状态下的PN 结 043
2.3.6 PN 结的击穿特性 047
2.4 异质结 049
2.4.1 形成异质结的材料 049
2.4.2 能带图 050
2.5 金属与半导体的接触 051
2.5.1 肖特基接触 051
2.5.2 欧姆接触 053
思考题 055
第2篇 发光材料与器件
第3章 半导体发光材料 057
3.1 辐射跃迁与非辐射跃迁 057
3.1.1 辐射跃迁 057
3.1.2 非辐射跃迁 060
3.1.3 发光效率 062
3.2 光致发光机理 063
3.3 电致发光机理 064
3.3.1 电致发光的发展 064
3.3.2 电致发光的原理 064
3.3.3 电致发光结构 065
3.4 典型的发光材料 067
3.4.1 典型的Ⅲ-Ⅴ族半导体发光材料 068
3.4.2 非Ⅲ-Ⅴ族半导体发光材料 072
3.4.3 量子点发光材料 073
思考题 078
第4章 发光显示器件 079
4.1 液晶显示 079
4.1.1 液晶概述 079
4.1.2 液晶的电光效应 080
4.1.3 液晶显示器件的结构和驱动特点 081
4.1.4 液晶显示器的分类与工作原理 082
4.1.5 液晶显示器的技术参数 084
4.2 LED 及其显示应用 085
4.2.1 LED 的工作原理 086
4.2.2 LED 的结构 088
4.2.3 LED 的类型 090
4.2.4 LED 的特性参数 091
4.2.5 提升发光效率的技术 098
4.3 新型LED 101
4.3.1 有机发光二极管 101
4.3.2 量子点发光二极管 109
4.3.3 Mini/Micro LED 113
思考题 115
第5章 半导体激光器 116
5.1 激光器的物理基础 116
5.1.1 光与物质的相互作用 116
5.1.2 粒子数反转分布与泵浦 118
5.1.3 谐振腔 119
5.2 半导体激光器的原理及材料 123
5.2.1 半导体激光器的原理 123
5.2.2 半导体激光器的材料 124
5.3 半导体激光器的特性 125
5.3.1 激光的基本特性 125
5.3.2 半导体激光器的阈值特性 127
5.3.3 半导体激光器的效率 128
5.3.4 半导体激光器的输出模式 129
5.3.5 半导体激光器的调制特性 132
5.4 典型半导体激光器的结构 133
5.4.1 半导体同质结/异质结激光二极管 133
5.4.2 分布反馈式激光器 134
5.4.3 半导体量子阱激光器 135
5.4.4 垂直腔表面发射激光器 136
5.4.5 新型微纳半导体激光器 137
5.4.6 垂直外腔面发射激光器 138
5.5 半导体激光器的应用 138
5.5.1 光通信应用 138
5.5.2 生物和医学应用 139
5.5.3 光泵浦应用 142
5.5.4 信息处理应用 146
5.5.5 军事应用 148
思考题 149
第3篇 探测材料与器件
第6章 光电导材料及器件 151
6.1 光电导探测器的原理与结构 151
6.1.1 光电导探测器的原理 151
6.1.2 光电导响应过程 153
6.1.3 光电导探测器的结构 155
6.2 光电导探测器的特性参数 156
6.2.1 光电特性 156
6.2.2 光电导的灵敏度 157
6.2.3 光电导的增益 158
6.2.4 时间响应特性 159
6.2.5 光谱特性 160
6.2.6 伏安特性 160
6.2.7 温度特性 161
6.2.8 噪声特性 161
6.3 典型的光电导探测器 162
6.3.1 光电导器件的分类 162
6.3.2 硫化镉和硒化镉光敏电阻 163
6.3.3 硫化铅和硒化铅光敏电阻 164
6.3.4 锑化铟光敏电阻 165
6.3.5 HgCdTe 和PbSnTe 系列光电导探测器件 165
6.3.6 锗、硅及锗硅合金杂质型光电导探测器 167
6.4 光电导探测器的应用 167
6.4.1 光控照明灯 167
6.4.2 照相机自动快门 168
6.4.3 火焰探测报警器 169
6.4.4 火车轴箱温度检测 170
6.4.5 智能电动窗帘 170
思考题 171
第7章 光电子发射材料及器件 172
7.1 光电发射与二次电子发射效应 172
7.1.1 光电发射原理 172
7.1.2 二次电子发射 175
7.2 光电阴极材料 177
7.2.1 银氧铯光电阴极 177
7.2.2 锑铯光电阴极 178
7.2.3 铋银氧铯光电阴极 179
7.2.4 多碱金属光电阴极 180
7.2.5 紫外光电阴极 181
7.2.6 负电子亲和势光电阴极 183
7.2.7 光电阴极材料新进展 185
7.3 真空光电管与光电倍增管的原理 185
7.3.1 真空光电管的原理 185
7.3.2 光电倍增管的原理 186
7.3.3 光电倍增管的供电电路 189
7.4 光电倍增管的特性参数 191
7.4.1 阴极灵敏度与量子效率 191
7.4.2 阳极灵敏度与放大倍数 192
7.4.3 光电特性 193
7.4.4 光谱特性 193
7.4.5 伏安特性 193
7.4.6 时间特性和频率特性 194
7.4.7 其他特性 196
7.5 光电倍增管的典型应用 197
7.5.1 光谱探测仪 197
7.5.2 测量与控制 198
7.5.3 生物与医疗 201
7.5.4 天体物理实验 202
思考题 203
第8章 光伏型探测材料及器件 204
8.1 光生伏特效应 204
8.1.1 光生伏特效应概念 204
8.1.2 光伏探测器的工作模式 205
8.1.3 开路电压和短路电流 206
8.2 光电二极管 207
8.2.1 PN 结光电二极管 207
8.2.2 PIN 光电二极管 215
8.2.3 雪崩光电二极管 221
8.2.4 新型光电二极管 228
8.3 光电三极管 229
8.3.1 光电三极管的结构与工作原理 229
8.3.2 光电三极管的基本特性 230
8.3.3 常用光电晶体管 233
8.3.4 光电晶体管的应用 234
8.3.5 新型光电三极管 235
思考题 235
第4篇 新能源材料与器件
第9章 太阳能电池 237
9.1 太阳能电池基础 237
9.1.1 太阳光谱 237
9.1.2 半导体光吸收 238
9.1.3 基本工作原理 241
9.2 太阳能电池的特性参数 241
9.2.1 太阳能电池的等效电路 241
9.2.2 太阳能电池的伏安特性曲线 242
9.2.3 太阳能电池量子效率 245
9.2.4 太阳能电池的光谱响应 246
9.3 太阳能电池的影响因素 247
9.3.1 串联电阻和并联电阻对太阳能电池的影响 247
9.3.2 电池厚度对太阳能电池的影响 249
9.3.3 温度对太阳能电池的影响 252
9.4 典型太阳能电池的结构与材料 253
9.4.1 太阳能电池的分类 253
9.4.2 硅基太阳能电池材料 255
9.4.3 化合物半导体太阳能电池材料 257
9.4.4 有机太阳能电池材料 261
9.4.5 染料敏化太阳能电池材料 263
9.4.6 钙钛矿太阳能电池 266
思考题 269
参考文献
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| 內容試閱：
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光电子材料与器件是国家重点发展方向，推动着新材料产业和光电产业的发展，在信息、能源、国防等领域发挥重要作用。针对产业需求，本领域的人才需要具备扎实的数理基础，掌握光电子学、半导体理论、光电材料等跨学科知识。本书面向光电子材料与器件“卡脖子”技术领域，以光电子材料和光电子器件为主要内容，注重材料学、光学、电学等多学科知识的融合，以培养具有扎实半导体理论知识、掌握光电子器件原理、能从材料-器件-应用构效关系角度优化和设计光电子器件的复合型创新创业人才。
笔者从2014年开始一直讲授“光电子材料与器件”课程\\[该课程于2021年入选江苏省线下一流本科课程，2023年入选国家级一流本科课程（线下）\\]，并主持了多项省级、校级相关教改课题，2021年获江苏省高等教育教学成果奖一等奖，2023年获高等教育国家级教学成果奖二等奖。笔者在总结多年的教育教学经验基础上，为适应学科发展、教学需要和产业的需求，特编写了这本专业教材。
本书共4篇9章。第1篇为基础知识，包含第1章光学基础知识，第2章半导体物理基础知识；第2篇为发光材料与器件，包含第3章半导体发光材料；第4章发光显示器件，第5章半导体激光器；第3篇为探测材料与器件，包含第6章光电导材料及器件，第7章光电子发射材料及器件，第8章光伏型探测材料及器件；第4篇为新能源材料与器件，包含第9章太阳能电池。本书对光电子理论基础、光电子材料以及核心器件与技术三大板块进行了系统整理，优化了知识体系，加强了板块之间的联系。本书体系完整，结构合理，重点突出，注重应用，既可作为材料科学与工程、材料物理、纳米材料与技术、光电信息工程、电子科学与技术等专业本科生及研究生的学习用书，也可供相关学科与专业教师和科技工作者使用。
本书由曾海波、陈军、董宇辉等编著，陈军统稿。参加本书编著的还有秦渊、徐荣嵘、尹千禧、王潇婷、李沐霖、齐为超等。
近年来，出现了不少光电子材料与光电子器件方面的优秀教材和著作，为推动我国光电子材料与光电子技术学科的教学和科研以及产业的发展做出了重要的贡献。在编写本书的过程中，笔者有幸参考了这些教材和著作，在此向相关作者表示诚挚的感谢。
光电子材料与器件不仅内容涉及多种学科领域，而且是活跃的发展中学科。由于笔者水平有限，书中难免存在不足之处，欢迎专家学者、教师、学生和工程技术人员提出宝贵意见，以便今后不断改进。
编著者
2024年6月于南京理工大学
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