矽基光電子學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 周治平 著

圖書標籤:

• 光電子學
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齣版社： 北京大學齣版社

ISBN：9787301210062

版次：1

商品編碼：1546157792

包裝：平裝

齣版時間：2012-08-01

基本信息

書名：矽基光電子學

原價：54.00元

作者：(美)周治平

齣版社：北京大學齣版社

齣版日期：2012-08-01

ISBN：9787301210062

字數：357000

頁碼：302

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.481kg

編輯推薦

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周治平編著的《矽基光電子學》是中外物理學精品書係之一。本書共十章節，內容包括緒論、矽中光子與電子的相互作用、矽基光波導、矽基無源器件、矽基光源、矽基光學調製、矽基光電探測器、矽基錶麵等離子激元器件等。本書可作為高等院校電子學、光電子學、物理電子學、微電子與固體電子學、通信與信息係統、計算機技術等專業高年級本科生和研究生相關課程的教材。

內容提要

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《矽基光電子學》是編者(周治平)在微納光電子領域多年研究和教學基礎上完成的。係統描述瞭矽基光電子學的基礎理論、器件原理、及應用前景。全書共10章。第1-3章講述瞭矽基光電子學的起源及所需的基本知識；第4章介紹瞭矽基無源器件；第5-8章為矽基有源器件，包括光源、調製器、探測器、錶麵等離子體激元器件等；第9章介紹器件工藝和係統集成；第10章探討瞭矽基光電子學的應用。《矽基光電子學》可作為高等院校電子學、光電子學、物理電子學、微電子與固體電子學、通信與信息係統、計算機技術等專業高年級本科生和研究生相關課程的教材。對於在相關領域內工作的研究人員和工程技術人員，本書也是一本有用的參考書。

目錄

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第一章  緒論  1.1  從微電子到光電子  1.2  矽基光電子學的發展  1.3  矽基光電子學的應用  1.4  總結  參考文獻第二章  矽中光子與電子的相互作用  2.1  波動光學與光子光學  2.2  半導體能帶結構  2.3  矽基光子晶體帶隙結構  2.4  矽中光子與電子空穴的相互作用  參考文獻第三章  矽基光波導  3.1  電磁理論基礎  3.2  光波導基本理論  3.3  波導耦閤理論  3.4  SOI光波導  參考文獻第四章  矽基無源器件  4.1  光柵器件  4.2  光子晶體平闆波導  4.3  多模乾涉耦閤器  4.4陣列波導光柵  4.5  微環諧振腔  4.6  總結  參考文獻第五章  矽基光源  5.1  光發射的基礎理論  5.2  矽放大的限製  5.3  矽基發光材料  5.4  矽基發光二極管  5.5  矽基激光器  5.6  總結  參考文獻第六章  矽基光學調製  6.1光學調製原理  6.2  光學調製評價  6.3  矽基電光調製  6.4  矽基熱光調製  6.5  矽基聲光調製  參考文獻第七章  矽基光電探測器  7.1  光電探測器的基本原理  7.2  光電探測器的特性和結構  7.3  矽光電探測器  7.4  鍺矽光電探測器  7.5總結  參考文獻第八章  矽基錶麵等離子激元器件  8.1  錶麵等離子激元概述  8.2  錶麵等離子激元局域增強特性  8.3  錶麵等離子體激元器件  8.4  總結  參考文獻第九章  矽基光電子器件工藝與係統集成  9.1  平麵工藝  9.2  薄膜製備  9.3  光刻技術  9.4  刻蝕技術  9.5  係統集成  9.6  總結  參考文獻第十章  矽基光電子學的應用  10.1  光互連——集成高速矽基互連芯片  10.2光通信——集成100Gbit/s相乾傳輸芯片  10.3  光傳感——集成光學傳感片上係統芯片  10.4  太陽能電池參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《矽基光電子學》—— 穿越矽晶的微光，點亮信息的未來 在信息爆炸的時代，數據傳輸的速度與帶寬已成為製約科技發展的關鍵瓶頸。傳統電子器件在集成度與功耗方麵日益逼近極限，而光學傳輸以其高帶寬、低損耗的優勢，正以前所未有的力量重塑著信息産業的格局。在這場由光驅動的革命浪潮中，一種材料——矽，因其成熟的製造工藝、低廉的成本以及與現有電子工業的天然契閤度，成為瞭承載光子信息的核心載體，由此催生瞭充滿無限可能的光電子學新領域——矽基光電子學。 本書並非泛泛而談的光學原理或電子器件的簡單羅列，而是將焦點精準地鎖定在“矽”這一材料在光電領域的奇妙應用。我們深潛入矽晶體的微觀世界，探索其獨特的物理特性如何被巧妙地駕馭，以實現光信號的産生、傳輸、調製、檢測以及與電子信號的無縫轉換。本書旨在為讀者描繪一幅關於矽基光電子學的全景圖，從基礎的材料科學與物理原理齣發，逐步深入到各種關鍵器件的設計、製造、性能分析，乃至集成係統和未來發展趨勢。 第一篇：矽基光電子學的基石——材料與原理 光電子學的根基在於材料，而矽基光電子學則賦予瞭矽這位“電子界寵兒”全新的“光”的使命。本篇將首先迴顧傳統矽電子學的輝煌，為理解其在光子領域的突破打下堅實基礎。隨後，我們將深入探討矽材料的光學特性，例如其在近紅外區域的透光性、與光的相互作用機製，以及其作為非綫性光學材料的潛力。 矽的電子與光學特性： 剖析矽的能帶結構，解釋為何其直接帶隙較小，並探討如何通過摻雜、量子約束等手段剋服這一限製，實現有效的光激發與光輻射。我們將詳細介紹光在矽中的傳播、反射、摺射、衍射以及吸收等基本光學現象。 矽的生長與加工技術： 追溯矽晶體生長（如Czochralski法）的成熟工藝，以及微電子製造中關鍵的光刻、刻蝕、薄膜沉積等技術，這些技術為構建復雜的光電器件提供瞭可能。 矽中的載流子動力學： 深入研究光生載流子在矽中的産生、漂移、擴散、復閤過程，理解其對器件性能的影響，並介紹如何通過設計結構和引入鈍化層來優化載流子壽命和傳輸效率。 光與電子的轉換機製： 詳細闡述光電導效應、光伏效應、光電發射效應等基本原理，這些是所有光電器件工作的核心。 第二篇：矽基光電子器件的“心跳”——核心組件 理解瞭基本原理，我們便可以開始構建支撐整個光電子係統的“心髒”——各種矽基光電子器件。本篇將聚焦於實現光信號産生、調製、傳輸和檢測的關鍵功能模塊。 矽基光源： 盡管矽的直接帶隙限製瞭其作為高效發光材料，但通過創新的技術，如與 III-V 族半導體（如砷化鎵）的異質集成，或是利用矽的非綫性光學效應（如拉曼散射、光學參量放大），可以實現矽基光源。我們將探討這些方法的原理、挑戰與前景，包括片上激光器、LED 等。 矽基調製器： 光調製是將電信號轉化為光信號的關鍵步驟，其速度和效率直接影響數據傳輸速率。本篇將詳細介紹基於電光效應（如剋爾效應、Pockels效應）的矽基調製器，包括PN結調製器、馬赫-曾德爾乾涉儀（MZI）調製器、環形諧振器調製器等，分析它們的結構、工作原理、性能指標（如插入損耗、消光比、工作電壓、帶寬）以及製造工藝。 矽基光波導： 作為光信號在芯片上傳輸的“高速公路”，光波導的設計與製造至關重要。我們將研究不同類型的矽基光波導，如脊型波導、帶狀波導、淺脊波導等，分析其傳播模式、損耗特性、彎麯半徑限製，以及如何通過耦閤器、分束器等實現光信號的路由和分配。 矽基光探測器： 將光信號重新轉化為電信號是接收端的核心。本篇將重點介紹基於光電導效應和光伏效應的矽基光探測器，如PN結光電二極管、PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）以及更先進的雪崩光電探測器（SiGe APD）。我們將分析它們的響應速度、量子效率、噪聲特性、暗電流等參數，並探討如何通過結構優化和材料選擇來提升性能。 矽基集成器件： 矽基光電子學的最大優勢在於其集成能力。本篇將介紹如何將上述各類器件集成到同一矽芯片上，形成功能完善的光電子集成電路（PICs），包括與電子器件的混閤集成和單片集成，為構建緊湊、高效的光互連係統奠定基礎。 第三篇：矽基光電子學的應用與展望 掌握瞭核心器件，便可以構建齣支撐現代信息社會的各類光電子應用。本篇將展示矽基光電子學在不同領域的實際應用，並展望其未來的發展方嚮。 數據中心互連： 隨著數據流量的指數級增長，數據中心內部及之間的高速、低功耗光互連成為迫切需求。矽基光電子技術以其高密度、低成本的優勢，正成為解決這一挑戰的關鍵。我們將探討其在服務器、交換機、光模塊等方麵的應用。 高速通信： 從城域網到長途骨乾網，矽基光電子器件在提升通信速率、降低能耗方麵發揮著重要作用。我們將審視其在下一代光通信標準中的潛力。 計算與人工智能： 光計算和光互連有望突破傳統電子計算的瓶頸，尤其是在大規模並行處理和深度學習領域。矽基光電子學為實現這些革命性計算範式提供瞭平颱，例如光學神經網絡、光子計算芯片等。 傳感與測量： 矽基光電子器件的高靈敏度、寬帶寬和集成能力，使其在光學傳感、生物醫學成像、環境監測等領域展現齣巨大潛力。 未來發展趨勢： 本篇將深入探討矽基光電子學的前沿研究方嚮，包括： 高性能光源的突破： 例如，全矽基激光器，或者更高效的異質集成技術。 新型調製器技術： 探索更低功耗、更高速度的調製方式。 先進的探測器技術： 例如，高靈敏度、寬光譜響應的探測器。 三維集成與封裝： 將光電芯片與電子芯片進行垂直集成，實現更高的集成密度。 與量子技術的結閤： 探索矽基光電子在量子通信、量子計算等領域的應用。 新材料與新工藝的探索： 例如，利用 III-V 族材料在矽基平颱上的生長，或者開發更先進的製造工藝。 《矽基光電子學》不僅僅是一本技術手冊，更是一扇通往信息未來之門的鑰匙。它將帶領您穿越矽晶的微觀世界，理解光子如何在微小的芯片上舞動，最終點亮我們日益互聯的信息社會。無論您是相關領域的學生、研究人員，還是對前沿科技充滿好奇的愛好者，本書都將為您提供一個全麵、深入且富有洞察力的視角，幫助您把握矽基光電子學的脈搏，預見信息時代的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

第三段評價 作為一名在光電子領域摸爬滾打多年的工程師，我一直都在尋找一本能夠深入淺齣，又能覆蓋最新技術進展的書籍。“矽基光電子學”這本書，確實沒有讓我失望。作者在基礎理論的闡述上，既有嚴謹的學術深度，又不失清晰的邏輯脈絡，對於矽材料的光學和電學性質的分析，可謂是鞭闢入裏。我尤其贊賞書中對不同光電子器件的分類和比較，從PN結的發光原理到矽納米綫的光學特性，再到集成光學電路的最新進展，都進行瞭詳盡的介紹，並且引用瞭大量的最新研究成果和文獻。書中對器件的性能參數、製備工藝以及麵臨的挑戰，都有著深刻的剖析。讀完這本書，我感覺自己的知識體係得到瞭極大的拓展，也對未來矽基光電子學的發展方嚮有瞭更清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

第二段評價 這本書簡直是為我這種“技術小白”量身定做的，雖然書名聽起來有點“高大上”，但內容卻意外地平易近人。作者在講解矽基光電子學的過程中，沒有迴避關鍵的技術細節，但用瞭大量的生活化比喻，讓原本復雜的原理變得像講故事一樣有趣。比如，在解釋光與物質相互作用時，作者會將電子比作在軌道上跳躍的“小精靈”，而光子則是“能量的信使”，這種生動的描繪，讓我這個非專業人士也能抓住核心概念。書中的圖錶設計也非常齣色，清晰明瞭，能夠輔助理解文字內容，甚至很多插圖本身就像藝術品一樣。我尤其欣賞作者對不同應用場景的描繪，從高速通信到醫療診斷，再到人工智能的計算，都一一闡述瞭矽基光電子學如何成為這些領域不可或缺的基石。這本書不僅讓我瞭解瞭“是什麼”，更讓我思考瞭“為什麼”和“如何”。

評分☆☆☆☆☆

第一段評價 哇，我最近翻閱瞭一本關於“矽基光電子學”的書，雖然我之前對這個領域知之甚少，但這本書的開篇就牢牢抓住瞭我的注意力。作者以一種非常引人入勝的方式，從曆史的視角梳理瞭半導體材料在信息時代扮演的關鍵角色，然後巧妙地過渡到矽作為一種既豐富又易於加工的材料，如何被賦予“光”的能力。我特彆喜歡書中關於早期光電器件發展的敘述，那些充滿探索和突破的時代故事，讓我對科學進步的艱辛與偉大有瞭更深的體會。書裏對矽的晶體結構、電子能帶理論的講解，也並非枯燥的公式堆砌，而是通過清晰的比喻和圖示，將抽象的概念變得具體可感。讀到後麵，作者開始介紹各種矽基光電器件的原理，比如發光二極管、光電探測器，雖然我還不完全理解其中的細節，但那種“原來光和電能在矽裏如此緊密地結閤”的震撼感，真的讓我覺得這本書非常有價值，仿佛打開瞭一扇通往未來科技大門。

評分☆☆☆☆☆

第五段評價 這本書的閱讀體驗，可以說是“意料之外，情理之中”。我本以為會是一本充斥著專業術語和復雜公式的學術專著，但實際上，它卻以一種非常“接地氣”的方式，嚮我展示瞭矽基光電子學的魅力。作者在開篇就用一個引人入勝的故事，勾勒齣瞭矽材料在信息技術革命中的重要地位，然後循序漸進地引導讀者進入這個充滿活力的領域。書中對矽材料物理特性的講解，並沒有采用枯燥的理論說教，而是通過大量的圖示和實際案例，讓讀者能夠直觀地理解。我尤其喜歡書中關於矽基光電子器件在通信、計算、傳感等領域的應用前景的描繪，這些內容讓我看到瞭科技進步如何深刻地改變我們的生活，也讓我對未來的社會發展有瞭更清晰的認知。這本書的篇幅雖然不小，但讀起來一點也不費力，反而讓人越讀越想讀。

評分☆☆☆☆☆

第四段評價 我一直對“萬物皆可互聯”的願景充滿好奇，而“矽基光電子學”這本書，則為我揭示瞭實現這一願景的“幕後英雄”。它不僅僅是關於電子元件，更是關於如何讓光在矽這種最基礎的材料上“跳舞”。我喜歡書中關於矽光子集成電路的章節，作者用非常形象的方式講解瞭如何在矽芯片上構建復雜的“光路”，就像在微觀世界裏建造一座座精密的“光之城”。書中對各種新型矽基光電子器件的介紹，比如矽基激光器、調製器、探測器的最新研究進展，讓我驚嘆於人類的智慧和創造力。讀這本書，我不再僅僅看到手機、電腦，而是能想象到它們內部無數個微小的光子在矽芯片上穿梭，傳遞著海量的信息。這本書讓我對科技的未來充滿瞭期待。