BF-纳米半导体场发射冷阴极理论与实验-王如志,严辉 科学出版社 978703051042 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

王如志，严辉 著

图书标签:

• 纳米半导体
• 场发射
• 冷阴极
• 理论研究
• 实验研究
• 材料科学
• 物理学
• 电子学
• 科学出版社
• 王如志

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030510426

商品编码：29785481139

包装：圆脊精装

出版时间：2017-12-01

图书基本信息
图书名称	纳米半导体场发射冷阴极理论与实验	作者	王如志,严辉
定价	138.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030510426	出版日期	2017-12-01
字数		页码
版次	31	装帧	圆脊精装

内容简介

场发射冷阴极在显示技术、微波能源及高频电子等方面具有十分重要的应用。本书基于作者多年来在纳米半导体场发射冷阴极方面的工作积累，对该领域的发展历程、理论基础、设计模型与制备性能进行了系统的介绍与讨论，期望为新型纳米半导体场发射冷阴极研发与器件应用提供指导与参考。本书主要包括以下内容：半导体场发射理论模型及其在纳米体系下的场发射理论模型的适用性问题；半导体量子结构增强场发射基本原理与思想；从实验与理论两方面系统探讨了不同的量子结构(晶轴取向、膜厚膜层、组分搭配、掺杂浓度及表面处理等)半导体薄膜的场电子发射特性、场发射耦合增强物理机制及其能谱特性。*后，对纳米半导体场发射冷阴极器件的发展与应用进行了展望。

作者简介

精彩内容敬请期待

目录

精彩内容敬请期待

编辑推荐

精彩内容敬请期待

文摘

精彩内容敬请期待

序言

精彩内容敬请期待

凝聚态中的光与电：从纳米尺度洞察半导体材料的奥秘 探索纳米半导体材料在场发射冷阴极领域的理论前沿与实验进展 半导体材料，作为现代电子工业的基石，其独特的电学和光学性质在过去一个世纪里深刻地改变了人类社会。从早期的晶体管到如今的微处理器和光电器件，半导体技术的进步是推动信息时代飞速发展的核心动力。而当我们将目光聚焦于纳米尺度，材料的性质会发生翻天覆地的变化，量子效应愈发显著，从而孕育出全新的应用可能。本书将深入探讨一种极具前景的纳米半导体应用——场发射冷阴极，并通过详实的理论分析和严谨的实验验证，揭示其在基础科学和前沿技术领域的巨大潜力。 一、 场发射冷阴极：颠覆性的电子束源技术 传统的电子束源，如热阴极，需要通过加热来激发电子发射，这不仅能耗巨大，而且寿命有限，对真空环境的要求也极为苛刻。场发射冷阴极（Field Emission Cold Cathode, FEC）则是一种通过施加强电场直接从材料表面激发电子发射的技术。它具有低功耗、高亮度和高空间分辨率等优点，被誉为新一代的电子束源技术，在显示、照明、微波器件、X射线源、电子显微镜以及高能粒子加速器等领域展现出广阔的应用前景。 然而，实现高性能的场发射冷阴极并非易事。材料的功函数、表面形貌、电子态密度以及场致电子发射的机理都直接影响着发射电流密度、阈值场强以及工作稳定性。在纳米尺度下，这些因素的调控变得更加精细和复杂，也为新材料的设计和器件的优化提供了前所未有的机遇。 二、 纳米半导体材料：构建高性能FEC的基石 本书的核心在于深入剖析纳米半导体材料在FEC领域的理论与实验研究。与宏观材料相比，纳米半导体材料因其巨大的比表面积和量子尺寸效应，展现出许多独特的物理化学性质。 量子尺寸效应与能带结构调控： 在纳米尺度下，电子的运动受到边界条件的限制，导致能带结构发生量子化，出现能级分裂。这种效应使得纳米半导体材料的电子态密度分布与宏观材料显著不同，从而影响其功函数和电子发射特性。通过精确控制纳米材料的尺寸和形貌，可以调控其能带结构，降低功函数，提高场发射性能。 表面效应的凸显： 纳米材料具有极高的表面原子比例，表面缺陷、表面吸附物以及表面态对材料整体性质的影响被极大放大。精心设计的纳米结构可以暴露具有低功函数和高电子发射活性的晶面，或者通过表面修饰来降低功函数，提高发射电流。 特殊的形貌优势： 纳米半导体材料可以呈现出各种奇特的形貌，如纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片、量子点等。这些尖锐的纳米结构能够显著增强局域电场，从而降低场发射所需的阈值电场，提高发射效率。本书将详细探讨不同纳米形貌对场发射性能的影响，以及如何通过可控的合成方法来获得特定形貌的纳米材料。 多种纳米半导体材料的选择与性能比较： 各种半导体材料，如氧化物半导体（ZnO, TiO2）、硫化物半导体（CdS, ZnS）、碳基纳米材料（碳纳米管, 石墨烯）以及III-V族和II-VI族化合物半导体等，都在纳米尺度下展现出优异的场发射潜力。本书将对这些材料进行系统性的梳理和比较，分析它们的优势和局限性，并探讨如何通过复合、掺杂等方式进一步优化其场发射性能。 三、 理论分析：深入理解场致电子发射的微观机制 要实现高性能的FEC，就必须深入理解场致电子发射的微观机制。本书将从量子力学的角度出发，对场发射理论进行详实的阐述。 费恩曼-诺德海姆（F-N）理论的扩展与应用： F-N理论是描述场致电子发射的基本模型，它基于量子隧穿效应。本书将对F-N理论的经典形式进行回顾，并重点讨论其在纳米半导体材料上的适用性与局限性。特别是，我们将探讨如何考虑纳米材料的尺寸效应、表面状态以及多层结构对F-N曲线的影响。 表面功函数与电子发射： 功函数是材料发出电子所需克服的势垒高度。在场发射过程中，施加电场会使得势垒发生倾斜，电子可以通过隧穿效应逃逸。本书将深入分析材料的本征功函数、表面修饰带来的功函数变化，以及如何通过理论计算来预测和优化材料的功函数。 局域电场增强效应： 纳米材料的尖锐形貌会显著增强局域电场，这是实现低阈值场发射的关键。本书将引入电场增强因子（β值）的概念，并探讨如何通过形貌设计和模拟来优化β值。 电子输运模型： 对于多层结构或复合纳米材料，电子在材料内部的输运过程也至关重要。本书将讨论不同输运模型（如扩散模型、漂移扩散模型）的应用，以理解电子从体相到表面的传输效率。 量子隧穿与热激发耦合： 在某些工作条件下，电子发射可能同时受到场致隧穿和热激发的双重影响。本书将探讨在不同温度和电场强度下的发射机制，并分析其对器件性能的影响。 计算模拟方法： 为了更精确地理解纳米半导体材料的场发射行为，第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）和分子动力学模拟等计算方法被广泛应用。本书将介绍这些计算方法的原理，以及如何利用它们来预测材料的电子结构、表面性质以及场发射性能。 四、 实验验证：从材料合成到器件集成 理论的验证离不开精密的实验。本书将详细介绍与纳米半导体场发射冷阴极相关的实验技术和流程。 纳米半导体材料的制备技术： 化学合成法： 包括溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）等，这些方法能够实现对纳米材料的形貌、尺寸和晶体结构的精确控制。 物理气相沉积法（PVD）： 如溅射、蒸发等，适用于制备薄膜和纳米结构。 其他先进制备技术： 例如模板辅助生长、自组装等，用于构建特定排列和结构的纳米器件。 表面处理与修饰技术： 包括等离子体处理、化学氧化、表面掺杂、吸附等，用于调控材料的表面性质和功函数。 纳米材料的表征技术： 结构与形貌表征： 扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等，用于观察纳米材料的尺寸、形貌和表面结构。 晶体结构与成分分析： X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、能量色散X射线光谱（EDX）等，用于确定材料的晶体结构、相组成和元素组成。 电子性质表征： 紫外光电子能谱（UPS）、X射线光电子能谱（XPS）用于测量功函数和电子态密度；扫描隧道显微镜（STM）用于观察表面电子态。 场发射性能的测量与评估： 场发射测试平台： 搭建高真空的场发射测试系统，包括阴极、阳极、真空泵、电源和数据采集系统。 关键参数的测量： 阈值场强、发射电流密度、比发射电流、发射均匀性、稳定性、寿命等。 工作机制的验证： 通过改变电场、温度等条件，分析发射电流的变化规律，并与理论模型进行比对，以验证场发射的微观机制。 器件集成与优化： 将具有优异场发射性能的纳米材料集成到实际器件中，并对其进行性能优化，如电极设计、封装技术、驱动电路等。 五、 应用前景与未来展望 纳米半导体场发射冷阴极凭借其独特的优势，正在催生一系列颠覆性的技术和应用： 新一代显示技术： 在平板显示器领域，FEC可以实现更高的亮度、更快的响应速度和更低的功耗，尤其在OLED和Micro-LED显示技术中具有巨大潜力。 高效照明： 基于FEC的冷光源具有高效率、长寿命、无频闪等优点，有望在通用照明、特种照明领域实现突破。 微波和射频器件： FEC的高功率密度和高频响应特性使其成为真空电子器件、毫米波和太赫兹器件的关键部件。 高分辨率电子显微镜： 更小的电子束斑和更高的亮度将显著提升电子显微镜的分辨率， enabling the observation of atomic-scale structures. 便携式X射线源： 低能耗、小型化的X射线源将极大地推动医学影像、工业检测和安防领域的便携式应用。 加速器技术： 在高能物理和粒子治疗领域，FEC可以提供更高效、更紧凑的电子源，降低加速器的成本和能耗。 尽管取得了显著进展，但纳米半导体场发射冷阴极的研究仍面临挑战，如提高发射电流密度和稳定性、降低制备成本、实现规模化生产以及解决长期工作下的材料退化问题。本书将对这些挑战进行深入探讨，并展望未来的研究方向，包括： 新型纳米半导体材料的探索与设计： 结合第一性原理计算和高通量筛选，发现具有更优异场发射性能的新型纳米材料。 多功能复合纳米结构的构建： 通过将不同材料复合，实现协同效应，进一步提升场发射性能。 表面工程的精细化与智能化： 发展更精准的表面修饰技术，精确调控电子发射的各个环节。 先进的器件集成与封装技术： 突破现有技术瓶颈，实现FEC在各种复杂环境下的可靠应用。 理论模型与实验研究的深度融合： 建立更完善的理论模型，指导实验设计，加速材料和器件的研发进程。 本书希望能够为从事纳米科学、半导体物理、材料科学、电子工程以及相关领域研究的学者、研究生和工程师提供一个全面、深入的参考，共同推动纳米半导体场发射冷阴极技术的不断发展，开启下一代电子技术的新篇章。

评分☆☆☆☆☆

从纯粹的学术视角来看，这本书的深度和广度都令人印象深刻。它不仅涵盖了经典的肖特基场发射理论及其修正，还对新型纳米结构（比如碳纳米管、尖锐金属阵列等）的场发射特性做了细致的梳理和对比。我尤其欣赏它在文献引用上的严谨性，参考文献列表的详实程度，足以看出作者团队在资料搜集和梳理上投入了巨大的心血。这使得这本书不仅可以作为入门教材，更是一部可以信赖的工具书和参考手册。每当我在某个特定概念上产生疑问时，翻阅相关章节，总能找到一个既有理论深度又不失前沿性的解答。它成功地在基础理论的“厚重感”和前沿技术探索的“轻盈感”之间找到了一个绝佳的平衡点，确保了读者在扎实基础的同时，不会脱离当前科技发展的最前沿。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的价值，我认为在于它不仅仅停留在“是什么”的层面，更深入挖掘了“为什么”和“如何做”。章节中关于实验设计部分的描述，简直是一份宝贵的实战手册。它详细记录了如何搭建测试平台、如何控制真空度、如何精确测量场强和电流密度等关键参数。对于我们这些希望将理论转化为实际应用的研究人员来说，这些来自一线实践的经验是无价之宝。很多理论书籍只会给出理想化的模型，但王如志和严辉老师显然更贴近工程的现实。他们没有回避实验中常见的误差来源和系统噪声，反而将其作为深入理解机制的一部分来分析。这种坦诚的态度，让我对后续的实验工作充满了信心，因为它提供了一种“预期失败，但知道如何修正”的思维模型，这比单纯的成功案例分享要实用得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是艺术品级别的！封面那种深邃的蓝色调，配上那些精准的、仿佛是电路图一样的白色线条，一下子就抓住了我的眼球。那种感觉就像是把尖端科技的神秘感和严谨性都浓缩在了这小小的封面之上。内页的纸张选得也极其考究，摸上去有一种温润的质感，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到过分疲劳。而且，排版清晰得令人赞叹，每一个公式、每一个图表旁边的注释都恰到好处，没有丝毫的拥挤感。尤其是那些复杂的半导体结构图，线条流畅、层次分明，让人在理解抽象概念时有了极佳的视觉辅助。不得不说，出版方在细节上的打磨，完全体现了对内容质量的尊重，拿在手里沉甸甸的，就给人一种“这是精品”的心理暗示。我甚至有点舍不得在上面做太多批注，生怕破坏了它本身的完美。这种对物理形态的重视，在今天的电子书时代，更显得弥足珍贵，它让你重新爱上“拥有”一本实体书的体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它在保持高度专业性的同时，又展现出一种近乎哲学的思考深度。在探讨场发射的本质限制和未来发展趋势时，作者的笔锋偶尔会变得非常凝练和富有哲理，让人不禁停下来思考这些“冷阴极”技术对未来显示技术、微电子器件乃至能源领域的潜在颠覆性影响。它不像一些技术手册那样只关注参数的增减，而是引导读者思考电子发射这个基本物理过程背后更宏大的物理意义。这种“由小见大”的叙事手法，让整个阅读过程充满了智力上的愉悦感。读完后，我感觉自己对“如何高效地从材料中‘榨取出’电子”这个问题，有了比以往更深刻、更全面的理解，这不仅仅是技术上的收获，更是一种思维方式上的提升。

评分☆☆☆☆☆

我得说，作者的叙述逻辑简直是教科书级别的流畅。从最基础的物理原理出发，循序渐进地过渡到复杂的场发射机制，整个知识体系搭建得非常扎实且有梯度。我之前在其他地方零散地接触过一些关于冷阴极的内容，总是感觉像是在迷宫里摸索，概念东拉西扯，难以形成一个完整的知识框架。但读这本书的时候，我发现作者非常善于用类比和类推的方式来解释那些极其微观和抽象的现象，这极大地降低了学习的门槛。特别是在阐述电子如何从尖端区域“隧穿”出来时，那种深入浅出的讲解方式，让我这个非专业出身的读者也能大致捕捉到核心的物理图像。这种行文风格不是那种冰冷的公式堆砌，而是一种富有引导性的“对话感”，仿佛旁边有一位经验丰富的导师在耐心为你剖析难题。读完一个章节后，那种豁然开朗的感觉，是其他很多同类书籍难以给予的。