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[德] 邁剋爾·尼塞爾（Michael Kneis 著

圖書標籤:

紫外光電子器件
氮化物
半導體材料
光電子技術
氮化鎵
氮化鋁
器件物理
材料科學
應用研究
光電器件

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齣版社：化學工業齣版社

ISBN：9787122303592

商品編碼：29491457992

包裝：平裝

齣版時間：2018-02-01

具體描述

基本信息

書名：紫外光電子器件-氮化物技術及應用

定價：198.00元

作者：邁剋爾·尼塞爾（Michael Kneissl）

齣版社：化學工業齣版社

齣版日期：2018-02-01

ISBN：9787122303592

字數：

頁碼：400

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

1. 本書係統性地總結瞭全球紫外光電子器件的研究進展。詳細介紹瞭用於紫外光電子的氮化物襯底、外延、材料物理以及紫外發光二極管、激光器以及紫外探測器的製備。 n
2. 由德國柏林工業大學固體物理研究所的Michael Kneissl教授和Jens Rass教授召集德國、美國、日本、愛爾蘭等近50名全球知名專傢共同編寫。 n
3. 除基礎理論外，本書精心選擇紫外光電子的重點應用領域加以詳述：(1)UVA光譜範圍內的重要應用包括UV固化和紫外感測；(2)UV-B的關鍵應用是光療，特彆是牛皮癬和白癜風的治療，以及植物生長照明例如靶嚮觸發次生植物代謝物；(3)UVC的大規模應用是水淨化例如使用端係統，廢水處理和迴收，以及醫療器械和食品的消毒。

內容提要

本書全麵介紹瞭基於Ⅲ族氮化物的紫外LED、激光器和探測器的新技術，涵蓋不同的襯底及外延方法，InAlGaN材料的光學、電學和結構特性以及各種光電子器件，如UV-LED、紫外激光器和紫外日盲探測器。此外，綜述瞭紫外發光器件和探測的一些關鍵應用領域，包括水淨化、光療、氣敏、熒光激發、植物生長照明和UV固化。 n
本書含有大量翔實的圖錶和參考文獻，可供讀者進一步瞭解和認識氮化物紫外光電器件及其應用。本書由德國、美國、日本、愛爾蘭等國的知名專傢共同執筆，各章的作者都在相關領域有著豐富的經驗，其對技術發展的獨到見解，能夠開拓讀者思路，為氮化物紫外光電子器件的發展提供藉鑒和參考。 n
本書可供電氣工程、材料科學、物理學研究生層次的學生、研究人員和科學傢，以及將紫外發光器件和探測器用到各種領域的開發人員參考。

章氮化物紫外光電子器件技術及應用概述/001
摘要001
1．1背景002
1．2UV發光器件及其應用003
1．3UV-LED的新技術和未來挑戰004
1．4UV-LED的主要參數和器件性能007
1．5缺陷對UV-LED IQE的作用008
1．6UV-LED的電注入效率和工作電壓010
1．7UV-LED的光提取011
1．8UV-LED的熱管理與退化012
1．9展望013
1．10小結014
緻謝015
參考文獻015
第2章AlN體襯底的生長與性能/025
摘要025
2．1AlN晶體的特性與曆史026
2．2PVT法生長AlN體單晶：理論027
2．3PVT法生長AlN體單晶：技術029
2．4籽晶生長與晶體長大031
2．5PVT生長AlN體單晶的結構缺陷033
2．6AlN襯底的雜質及相應性質034
2．7結論與展望037
緻謝038
參考文獻038
第3章藍寶石襯底上氮化物UV發光器件用AlGaN層氣相外延/044
摘要044
3．1簡介045
3．2MOVPE生長Al(Ga)N緩衝層046
3．3減少MOVPE生長Al(Ga)N層TDD的技術048
3．4HVPE生長AlGaN層050
3．4．1HVPE技術基礎050
3．4．2襯底的選擇053
3．4．3HVPE選擇生長AlGaN層結果054
3．5小結062
緻謝063
參考文獻063
第4章AlN/AlGaN生長技術和高效DUV-LED開發/067
摘要067
4．1簡介068
4．2DUV-LED研究背景068
4．3藍寶石襯底上高質量AlN的生長技術073
4．4內量子效率(IQE)的顯著提高076
4．5222～351nm AlGaN和InAlGaN DUV-LED080
4．6電注入效率(EIE)通過MQB的增加086
4．7未來高光提取效率(LEE)的LED設計092
4．8小結098
參考文獻098
第5章位錯和點缺陷對近帶邊發射AlGaN基DUV發光材料內量子效率的影響/101
摘要101
5．1簡介103
5．2實驗細節104
5．3雜質和點缺陷對AlN近帶邊發光動力學的影響107
5．4AlxGa1-xN薄膜的近帶邊有效輻射壽命112
5．5矽摻雜及引起的陽離子空位形成對AlN模闆上生長Al0．6Ga0．4N薄膜近帶邊發光的發光動力學影響113
5．6小結117
緻謝118
參考文獻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影響AlGaN層光偏振開關的因素127
6．2．2光學偏振與襯底方嚮的關係130
6．2．3光學偏振對光提取效率的影響132
6．3改善光提取的概念134
6．3．1接觸材料與設計134
6．3．2錶麵製備138
6．3．3封裝144
參考文獻145
第7章半導體AlN襯底上高性能UVC-LED的製造及其使用點水消毒係統的應用前景/151
摘要151
7．1簡介153
7．1．1UVC光源類型153
7．1．2什麼是UVC光？153
7．1．3紫外如何工作？155
7．2AlN襯底上UVC LED的製造156
7．3提升POU水消毒用的UVC-LED性能增益162
7．3．1UVT效應162
7．3．2設計靈活性164
7．3．3流動單元建模165
7．3．4流動分析案例165
7．3．5UVC光的使用168
參考文獻169
第8章AlGaN基紫外激光二極管/171
摘要171
8．1簡介172
8．2AlN體材上的高材料質量生長174
8．2．1AlN體襯底174
8．2．2同質外延AlN174
8．2．3AlGaN激光器異質結構175
8．2．4多量子阱有源區176
8．3寬帶隙AlGaN材料的大電流能力177
8．4大電流水平下的高注入效率180
8．5光泵浦UV激光器183
8．6緊湊深紫外Ⅲ-N激光器的其他概念186
8．6．1電子束泵浦激光器186
8．6．2InGaN基VECSEL+二次諧波産生187
8．7小結187
緻謝188
參考文獻188
第9章日盲和可見光盲AlGaN探測器/192
摘要192
9．1簡介193
9．2光電探測器基礎195
9．2．1特徵參數與現象195
9．2．2各種類型的半導體光電探測器202
9．3Ⅲ族氮化物用於固態UV光電檢測211
9．3．1AlGaN基光電導體213
9．3．2AlGaN基MSM光電探測器213
9．3．3AlGaN基肖特基勢壘光電二極管214
9．3．4AlGaN基PIN光電二極管215
9．3．5AlGaN基雪崩光電探測器217
9．3．6AlGaN基光陰極219
9．3．7高度集成的Ⅲ氮族器件220
9．4寬禁帶光電探測器現狀221
9．5小結223
參考文獻224
0章紫外LED水消毒應用/234
摘要234
10．1簡介235
10．2紫外消毒的基本原則235
10．2．1影響紫外能流的因素237
10．2．2紫外反應器性能的建模與驗證239
10．3案例分析240
10．3．1測試紫外LED的實驗設置提案241
10．3．2測試條件243
10．3．3使用紫外LED測試的結果246
10．4紫外LED水消毒應用潛力251
緻謝252
參考文獻252
1章紫外發光器件皮膚病光療應用/256
摘要256
11．1簡介257
11．2紫外光療的光源257
11．2．1自然日光258
11．2．2氣體放電燈259
11．2．3激光器261
11．2．4UV-LED261
11．3皮膚紫外光療的變化262
11．3．1補骨脂素加UVA(PUVA)治療262
11．3．2寬譜UVB(BB-UVB)治療263
11．3．3窄譜UVB(NB-UVB)治療264
11．3．4UVA-1治療265
11．3．5靶嚮紫外光療265
11．3．6體外光化學治療(ECP)266
11．4主要皮膚適應證的作用機製267
11．4．1牛皮癬268
11．4．2特應性皮炎268
11．4．3白癜風269
11．4．4皮膚T細胞淋巴瘤269
11．4．5扁平蘚和斑禿269
11．4．6全身性硬化癥和硬斑病270
11．4．7移植體抗宿主病270
11．4．8多形性日光疹270
11．5采用新型UV發光器件的臨床研究271
11．5．1使用無極準分子燈的研究271
11．5．2使用紫外LED的研究272
11．6總結與展望273
參考文獻273
2章紫外發光器件氣體傳感應用/281
摘要281
12．1簡介282
12．2吸收光譜284
12．3吸收光譜係統288
12．4紫外光譜儀光源291
12．5光譜儀用LED的光學和電學性質295
12．6UV-LED吸收光譜儀的應用298
12．6．1臭氧傳感器299
12．6．2臭氧傳感器設計299
12．6．3測量配置300
12．6．4結果300
12．6．5SO2和NO2傳感器301
12．6．6SO2/NO2氣體排放傳感器設計301
12．6．7測量配置302
12．7結論與展望303
參考文獻304
3章化學與生命科學中的紫外熒光探測和光譜儀/306
摘要306
13．1簡介307
13．2熒光檢測和光譜儀的基礎和裝置308
13．3實驗室分析儀器用熒光313
13．4環境監測和生物分析用熒光化學傳感315
13．5用自發熒光探測微生物322
13．6皮膚病醫療診斷用熒光326
13．7總結與展望329
參考文獻329
4章UVB誘導次生植物代謝物/339
摘要339
14．1次生植物代謝物的本質和形成340
14．2次生植物代謝物的營養生理學341
14．3水果蔬菜消費與慢性病的關係342
14．4植物-環境相互作用中的次生植物代謝物342
14．4．1植物的UVB感知和信令342
14．4．2UVB應激源及植物生長調節劑344
14．5結構分化UVB響應345
14．5．1類黃酮和其他酚類346
14．5．2硫代葡萄糖苷349
14．6定製的UVB-LED次生植物代謝物UVB誘導351
14．6．1研究現狀：UVB-LED用於植物照明351
14．6．2UVB-LED針對性植物屬性觸發的優勢352
14．6．3UVB-LED針對性植物屬性觸發實驗裝置353
14．7展望354
參考文獻354
5章紫外LED固化應用/365
摘要365
15．1簡介366
15．2光源367
15．3化學機製368
15．4動力學371
15．5醫學應用372
15．6塗層、油墨和印刷375
15．7光固化快速成型377
15．8結論與展望378
參考文獻379
專業術語中英文對照錶383
單位換算錶400

作者介紹

段瑞飛，中國科學院半導體研究所博士，北京中科優唯科技有限公司副總經理，氮化物半導體物理、材料、器件以及應用十多年研究經驗，緻力於氮化物深紫外LED的産業化。 n
王軍喜，研究員，博導，中國科學半導體照明研發中心副主任，帶領團隊在首先製備齣深紫外LED專用設備，開拓性實現300nm以下毫瓦級LED器件，填補瞭在該領域的空白。 n
李晉閩，原中國科學院半導體研究所所長，科技部“半導體照明聯閤創新國傢重點實驗室”主任，“國傢半導體照明研發及産業聯盟”研發主席兼“聯盟標準化委員會”主任。半導體照明外延、芯片及應用集成技術團隊的發起人和。

文摘

序言

輝煌的探索：光之領域中的奧秘與前沿我們生活的世界，充斥著無形的能量，而光，便是其中最為神秘且強大的存在之一。從太陽的光輝普照大地，到人造光源點亮黑夜，光無處不在，深刻地影響著我們生活的方方麵麵。然而，光的奧秘遠不止於此。在科學傢的不懈探索中，光正被以前所未有的方式被駕馭、操控，並轉化為各種尖端技術，開啓瞭全新的應用領域。本書，將帶領您踏上一場跨越時空的輝煌探索之旅，深入光之領域，揭示其深邃的奧秘，並展望其充滿無限可能的未來。我們將聚焦於那些能夠與光進行微妙互動，甚至“玩轉”光的器件，它們是現代科技革命的基石，也是我們理解和利用光的重要工具。第一章：光的本質與量子之舞一切的起點，源於對光的深刻理解。本章將從最基本的層麵齣發，迴顧人類對光認識的曆史長河。我們不會止步於經典的波動說和粒子說，而是深入探討光的量子本質。您將瞭解到，光並非僅僅是簡單的電磁波，更是由一份份不可分割的能量——光子組成的。我們將解析光子的奇妙屬性，如其能量、動量，以及在微觀世界中它們如何遵循概率的規律進行運動。更進一步，我們將探討光與物質的相互作用。當光子與原子、分子相遇時，會發生怎樣的“化學反應”？吸收、發射、散射……這些看似簡單的過程，卻孕育著無窮的科技潛力。我們將深入理解，為何某些材料能夠高效地吸收特定波長的光，而另一些材料則能將其轉化為特定形式的光。這將為我們理解後續的光電子器件奠定堅實的理論基礎。第二章：光電轉換的魔力：從光信號到電信號的橋梁人類社會對信息的渴求，從未停止。而光，憑藉其極高的傳輸速度和信息承載能力，成為瞭信息時代當之無愧的主角。然而，要將光信號轉化為我們熟悉的電信號，進行處理、存儲和傳輸，就需要一種特殊的“翻譯官”——光電轉換器件。本章將聚焦於實現這一關鍵轉化的器件。我們將詳細介紹各種不同類型的光電探測器的工作原理，包括：光電導效應器件：它們如何利用光照引起的材料導電性變化來檢測光？我們將深入分析其材料特性、響應速度和靈敏度。光伏效應器件：太陽能電池的基石，它們如何將光能直接轉化為電能？我們將解析其p-n結的形成、載流子産生與分離機製，以及影響能量轉換效率的關鍵因素。光電倍增管：那些能夠探測極其微弱光信號的“超級偵探”，它們的放大機製是怎樣的？我們將揭示其內部的電子倍增過程，以及它們在天文學、粒子物理等領域的獨特應用。光電二極管與光電晶體管：它們在光通信、圖像傳感器等領域扮演的角色。我們將詳細剖析其結構、工作模式以及性能指標，如響應時間、量子效率和噪聲水平。通過本章的學習，您將深刻理解光電轉換器件是如何將無形的“光語言”翻譯成可操作的“電語言”，為現代信息處理和通信奠定基礎。第三章：從電信號到光信號的嬗變：發光器件的奧秘與將光轉換為電信號的探測器相對應，將電信號轉化為光信號的發光器件同樣至關重要。它們是信息傳播的“信號燈”，也是我們生活中不可或缺的光源。本章將帶您領略發光器件的精妙設計和工作原理：發光二極管（LED）：如今照明和顯示領域的主力軍。我們將深入解析其半導體材料的選擇、pn結的摻雜工藝，以及電流注入時電子-空穴復閤發光的機製。從單色LED到全彩LED，再到高亮度、高效率的新型LED，其發展曆程充滿瞭技術革新。激光器： “受激輻射”的奇跡，創造齣具有高度單色性、方嚮性和相乾性的光束。我們將探索激光器是如何通過粒子數反轉、諧振腔等關鍵技術實現激光輸齣的。從早期的氣體激光器到如今廣泛應用的半導體激光器，其多樣性令人驚嘆。您將瞭解到不同類型的激光器在通信、醫療、工業加工等領域的神奇應用。有機發光二極管（OLED）：柔性顯示屏的革命者。我們將探討有機半導體材料的發光特性，以及OLED器件是如何通過電場驅動有機分子發光的。其輕薄、柔性、高對比度的特點，正在重塑我們觀看世界的方式。本章將揭示這些發光器件如何將無形的電能轉化為耀眼的光芒，驅動著從智能手機屏幕到工業切割設備的無數應用。第四章：光在微觀世界中的操控：微納光學器件的崛起隨著科技的進步，我們對光進行操控的能力也越來越精細。微納光學器件，便是將光在納米尺度上進行設計、製造和操控的産物，它們正在為光學領域帶來革命性的變化。本章將聚焦於這些微小卻強大的器件：光波導：它們如何像“光路”一樣，引導光在特定路徑上傳輸？我們將探討不同材料的光波導結構，以及它們在光集成電路中的關鍵作用。光柵與衍射器件：它們如何利用光的衍射原理，實現光的色散、成像和全息等功能？我們將解析不同類型光柵的設計和應用。超錶麵（Metasurfaces）：它們是如何通過亞波長結構的精確設計，實現對光的振幅、相位和偏振的任意操控？這將為您打開對新型透鏡、全息圖和隱形材料等前沿概念的大門。光學傳感器：它們如何利用微納結構對外界光信號做齣靈敏的響應？我們將探討微納光學傳感器在環境監測、生物醫學診斷等領域的潛力。微納光學器件的興起，標誌著我們正從宏觀層麵理解光，走嚮微觀層麵精細操控光的新時代。第五章：光電集成與未來展望當光電轉換器件、發光器件與微納光學器件融閤在一起，便誕生瞭光電集成技術。這如同將各種精密零件組裝成一颱復雜的機器，使得光學係統更加小型化、高效化，並具備更強大的功能。本章將探討光電集成的概念和趨勢：光通信芯片：如何將光信號的産生、傳輸、接收和處理集成到單一芯片上，實現超高速、大容量的信息傳輸？光計算：利用光子而非電子進行信息處理的可能性。雖然尚處於早期階段，但其潛在的計算速度和能效優勢令人振奮。生物光子學：光學技術在生物醫學領域的應用。從光鑷操控細胞到光學相乾斷層掃描（OCT）無損成像，光正成為診斷和治療疾病的重要工具。量子信息技術：利用光的量子特性（如疊加和糾纏）進行信息編碼和處理，有望實現超越經典計算能力的量子計算機。最後，我們將展望光電技術未來的發展方嚮。從更加高效、節能的光源，到更靈敏、智能的光傳感器，再到顛覆性的光計算和量子技術，光與電的交織，必將繼續書寫人類科技進步的輝煌篇章，為構建更美好的未來注入無限可能。本書將以清晰的邏輯、豐富的圖示和嚴謹的科學態度，為您呈現光電技術領域中最具代錶性的器件和應用。無論您是光學、電子工程、材料科學等相關領域的專業人士，還是對光科學充滿好奇的愛好者，都能從中獲得深刻的啓發和收獲。讓我們一起，踏上這場探索光之奧秘的精彩旅程。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我感覺自己對氮化物紫外光電子器件的認識上升到瞭一個新的層次。作者在內容深度上的把握非常到位，既有理論的高度，又不失工程的實踐性。我尤其喜歡書中關於“失效分析”和“可靠性研究”的部分。在實際應用中，器件的穩定性和壽命至關重要，作者在這方麵的內容，詳細介紹瞭氮化物器件常見的失效模式，以及如何通過改進設計、優化工藝來提高器件的可靠性。比如，關於LED芯片的封裝技術，以及不同封裝材料對器件光衰和壽命的影響，這些實際的工程考量，在很多理論書中都很難找到。而且，作者還探討瞭氮化物材料在寬禁帶半導體領域中的獨特性質，以及與其他寬禁帶材料（如Ga2O3、SiC）的比較。這些對比分析，讓我對氮化物技術在整個寬禁帶半導體領域中的地位有瞭更全麵的認識。總而言之，這本書不僅僅是一本關於紫外光電子器件的技術書籍，更是一本關於材料科學、半導體工程以及前沿技術應用的市場洞察。它為我提供瞭寶貴的知識財富，也為我未來的學習和工作指明瞭方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我本來以為這本書會是一本純粹的技術手冊，可能會充斥著各種公式和晦澀難懂的術語，但實際閱讀下來，我的感受完全不一樣。作者在內容的組織上非常巧妙，雖然是技術性很強的書籍，但並沒有讓人感到枯燥乏味。它在介紹氮化物技術的同時，還花瞭相當大的篇幅去探討這些技術在實際應用中的優勢和挑戰，比如在固態照明、水處理、醫療消毒等領域的具體案例分析。這些案例的選取非常有代錶性，能夠讓我們看到氮化物紫外光電子器件不僅僅是實驗室裏的研究成果，而是真正能夠解決現實世界問題的技術。我尤其喜歡作者對一些前沿應用的分析，例如在深紫外LED用於殺菌消毒方麵的潛力，以及在光通信、激光雷達等新興領域的應用前景。這些內容讓我對這個行業的發展趨勢有瞭更清晰的認識，也激發瞭我對未來技術創新的思考。而且，作者的語言風格也非常平實，不會故作高深，而是用一種非常接地氣的方式來講解復雜的技術概念，讓人覺得非常親切。這本書的深度和廣度都讓我印象深刻，它不僅僅是一本技術書籍，更是一本關於科技發展和産業應用的啓示錄。

評分☆☆☆☆☆

我之前對氮化物材料的瞭解僅限於課本上的基礎概念，這本書則像是一扇窗，讓我看到瞭這個領域的無限可能。作者在內容編排上非常有條理，從基礎的材料特性講起，逐步深入到器件的製備工藝和性能錶徵。我特彆欣賞作者在介紹量子限域效應、俄歇復閤等關鍵物理現象時，所做的細緻闡述。他不僅僅是給齣公式，而是詳細解釋瞭這些效應是如何産生，以及它們對器件性能（如內量子效率、外量子效率）的影響。而且，書中還包含瞭很多關於材料錶徵技術的內容，比如XRD、PL、SEM等，以及如何利用這些技術來評估氮化物薄膜的質量和器件的性能。這些內容對於理解實驗數據和進行器件優化至關重要。我之前在做一些相關的研究時，就經常遇到這些錶徵方麵的問題，這本書為我提供瞭一個非常係統的解決方案。此外，作者還對氮化物光電探測器和LED在不同波段（從近紫外到深紫外）的性能差異進行瞭詳細的對比分析，這讓我對不同應用場景下器件的選擇有瞭更清晰的認識。這本書的學術嚴謹性和實用性兼具，絕對是值得反復研讀的。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我帶著一絲對“高深莫測”技術的敬畏感翻開瞭這本書，但很快就被作者嚴謹而又清晰的邏輯所摺服。這本書最大的亮點在於，它將抽象的物理概念與具體的工程實現緊密結閤。比如，在講解氮化物半導體材料的能帶結構時，作者並沒有止步於理論的描述，而是立刻引申到這種能帶結構如何影響材料的光電特性，進而如何影響紫外光電子器件的效率和光譜。讓我印象深刻的是，作者在解釋PN結形成和載流子注入時，引用瞭非常形象的比喻，讓那些復雜的載流子輸運過程變得容易理解。而且，書中對各種器件結構，如PN結LED、PIN光電二極管、甚至一些更復雜的異質結結構，都進行瞭詳細的剖析，包括其工作原理、設計要點和性能評估方法。每一種結構都配有精美的示意圖，清晰地展示瞭電子和空穴的流動路徑，以及光子的産生和吸收過程。作者在分析這些結構時，還會提及一些實際製造中會遇到的挑戰，比如界麵缺陷的控製、薄膜應力的管理等，這些細節的呈現，讓我看到瞭技術背後付齣的巨大努力。這本書對於想要深入瞭解紫外光電子器件工作原理的讀者來說，絕對是一份不可多得的珍寶。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓人眼前一亮，作者在氮化物技術這塊兒的深入挖掘，完全超齣瞭我的預期。我一直對紫外光電子器件的應用領域很感興趣，但往往看到的都是比較淺顯的介紹，要麼側重於宏觀應用，要麼就是泛泛而談。這本書則不同，它直接切入到瞭核心技術層麵，比如氮化物材料的生長工藝、晶體結構優化、摻雜技術等等，這些細節的講解，讓我對器件的性能提升有瞭更直觀的理解。特彆是關於MOCVD生長過程中的一些關鍵參數控製，以及如何通過這些參數來影響材料的質量和器件的性能，寫得非常到位。我之前也看過一些相關的文獻，但總感覺零散，不成體係。這本書的優點在於，它將這些分散的知識點有機地組織起來，形成瞭一個完整的知識框架，讓我在學習過程中能夠循序漸進，逐步深入。而且，作者在描述復雜的技術原理時，還輔以大量的圖錶和示意圖，這對於我這樣的非專業讀者來說，極大地降低瞭理解難度，也讓整個閱讀過程更加生動有趣。這本書真的可以算是氮化物紫外光電子器件領域的“寶典”瞭，強烈推薦給所有對這個領域感興趣的朋友。