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[美] 周治平 著

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出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301210062

版次：1

商品编码：1546157792

包装：平装

出版时间：2012-08-01

基本信息

书名：硅基光电子学

原价：54.00元

作者：(美)周治平

出版社：北京大学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787301210062

字数：357000

页码：302

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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周治平编著的《硅基光电子学》是中外物理学精品书系之一。本书共十章节，内容包括绪论、硅中光子与电子的相互作用、硅基光波导、硅基无源器件、硅基光源、硅基光学调制、硅基光电探测器、硅基表面等离子激元器件等。本书可作为高等院校电子学、光电子学、物理电子学、微电子与固体电子学、通信与信息系统、计算机技术等专业高年级本科生和研究生相关课程的教材。

内容提要

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《硅基光电子学》是编者(周治平)在微纳光电子领域多年研究和教学基础上完成的。系统描述了硅基光电子学的基础理论、器件原理、及应用前景。全书共10章。第1-3章讲述了硅基光电子学的起源及所需的基本知识；第4章介绍了硅基无源器件；第5-8章为硅基有源器件，包括光源、调制器、探测器、表面等离子体激元器件等；第9章介绍器件工艺和系统集成；第10章探讨了硅基光电子学的应用。《硅基光电子学》可作为高等院校电子学、光电子学、物理电子学、微电子与固体电子学、通信与信息系统、计算机技术等专业高年级本科生和研究生相关课程的教材。对于在相关领域内工作的研究人员和工程技术人员，本书也是一本有用的参考书。

目录

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第一章  绪论  1.1  从微电子到光电子  1.2  硅基光电子学的发展  1.3  硅基光电子学的应用  1.4  总结  参考文献第二章  硅中光子与电子的相互作用  2.1  波动光学与光子光学  2.2  半导体能带结构  2.3  硅基光子晶体带隙结构  2.4  硅中光子与电子空穴的相互作用  参考文献第三章  硅基光波导  3.1  电磁理论基础  3.2  光波导基本理论  3.3  波导耦合理论  3.4  SOI光波导  参考文献第四章  硅基无源器件  4.1  光栅器件  4.2  光子晶体平板波导  4.3  多模干涉耦合器  4.4阵列波导光栅  4.5  微环谐振腔  4.6  总结  参考文献第五章  硅基光源  5.1  光发射的基础理论  5.2  硅放大的限制  5.3  硅基发光材料  5.4  硅基发光二极管  5.5  硅基激光器  5.6  总结  参考文献第六章  硅基光学调制  6.1光学调制原理  6.2  光学调制评价  6.3  硅基电光调制  6.4  硅基热光调制  6.5  硅基声光调制  参考文献第七章  硅基光电探测器  7.1  光电探测器的基本原理  7.2  光电探测器的特性和结构  7.3  硅光电探测器  7.4  锗硅光电探测器  7.5总结  参考文献第八章  硅基表面等离子激元器件  8.1  表面等离子激元概述  8.2  表面等离子激元局域增强特性  8.3  表面等离子体激元器件  8.4  总结  参考文献第九章  硅基光电子器件工艺与系统集成  9.1  平面工艺  9.2  薄膜制备  9.3  光刻技术  9.4  刻蚀技术  9.5  系统集成  9.6  总结  参考文献第十章  硅基光电子学的应用  10.1  光互连——集成高速硅基互连芯片  10.2光通信——集成100Gbit/s相干传输芯片  10.3  光传感——集成光学传感片上系统芯片  10.4  太阳能电池参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《硅基光电子学》—— 穿越硅晶的微光，点亮信息的未来 在信息爆炸的时代，数据传输的速度与带宽已成为制约科技发展的关键瓶颈。传统电子器件在集成度与功耗方面日益逼近极限，而光学传输以其高带宽、低损耗的优势，正以前所未有的力量重塑着信息产业的格局。在这场由光驱动的革命浪潮中，一种材料——硅，因其成熟的制造工艺、低廉的成本以及与现有电子工业的天然契合度，成为了承载光子信息的核心载体，由此催生了充满无限可能的光电子学新领域——硅基光电子学。 本书并非泛泛而谈的光学原理或电子器件的简单罗列，而是将焦点精准地锁定在“硅”这一材料在光电领域的奇妙应用。我们深潜入硅晶体的微观世界，探索其独特的物理特性如何被巧妙地驾驭，以实现光信号的产生、传输、调制、检测以及与电子信号的无缝转换。本书旨在为读者描绘一幅关于硅基光电子学的全景图，从基础的材料科学与物理原理出发，逐步深入到各种关键器件的设计、制造、性能分析，乃至集成系统和未来发展趋势。 第一篇：硅基光电子学的基石——材料与原理 光电子学的根基在于材料，而硅基光电子学则赋予了硅这位“电子界宠儿”全新的“光”的使命。本篇将首先回顾传统硅电子学的辉煌，为理解其在光子领域的突破打下坚实基础。随后，我们将深入探讨硅材料的光学特性，例如其在近红外区域的透光性、与光的相互作用机制，以及其作为非线性光学材料的潜力。 硅的电子与光学特性： 剖析硅的能带结构，解释为何其直接带隙较小，并探讨如何通过掺杂、量子约束等手段克服这一限制，实现有效的光激发与光辐射。我们将详细介绍光在硅中的传播、反射、折射、衍射以及吸收等基本光学现象。 硅的生长与加工技术： 追溯硅晶体生长（如Czochralski法）的成熟工艺，以及微电子制造中关键的光刻、刻蚀、薄膜沉积等技术，这些技术为构建复杂的光电器件提供了可能。 硅中的载流子动力学： 深入研究光生载流子在硅中的产生、漂移、扩散、复合过程，理解其对器件性能的影响，并介绍如何通过设计结构和引入钝化层来优化载流子寿命和传输效率。 光与电子的转换机制： 详细阐述光电导效应、光伏效应、光电发射效应等基本原理，这些是所有光电器件工作的核心。 第二篇：硅基光电子器件的“心跳”——核心组件 理解了基本原理，我们便可以开始构建支撑整个光电子系统的“心脏”——各种硅基光电子器件。本篇将聚焦于实现光信号产生、调制、传输和检测的关键功能模块。 硅基光源： 尽管硅的直接带隙限制了其作为高效发光材料，但通过创新的技术，如与 III-V 族半导体（如砷化镓）的异质集成，或是利用硅的非线性光学效应（如拉曼散射、光学参量放大），可以实现硅基光源。我们将探讨这些方法的原理、挑战与前景，包括片上激光器、LED 等。 硅基调制器： 光调制是将电信号转化为光信号的关键步骤，其速度和效率直接影响数据传输速率。本篇将详细介绍基于电光效应（如克尔效应、Pockels效应）的硅基调制器，包括PN结调制器、马赫-曾德尔干涉仪（MZI）调制器、环形谐振器调制器等，分析它们的结构、工作原理、性能指标（如插入损耗、消光比、工作电压、带宽）以及制造工艺。 硅基光波导： 作为光信号在芯片上传输的“高速公路”，光波导的设计与制造至关重要。我们将研究不同类型的硅基光波导，如脊型波导、带状波导、浅脊波导等，分析其传播模式、损耗特性、弯曲半径限制，以及如何通过耦合器、分束器等实现光信号的路由和分配。 硅基光探测器： 将光信号重新转化为电信号是接收端的核心。本篇将重点介绍基于光电导效应和光伏效应的硅基光探测器，如PN结光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）以及更先进的雪崩光电探测器（SiGe APD）。我们将分析它们的响应速度、量子效率、噪声特性、暗电流等参数，并探讨如何通过结构优化和材料选择来提升性能。 硅基集成器件： 硅基光电子学的最大优势在于其集成能力。本篇将介绍如何将上述各类器件集成到同一硅芯片上，形成功能完善的光电子集成电路（PICs），包括与电子器件的混合集成和单片集成，为构建紧凑、高效的光互连系统奠定基础。 第三篇：硅基光电子学的应用与展望 掌握了核心器件，便可以构建出支撑现代信息社会的各类光电子应用。本篇将展示硅基光电子学在不同领域的实际应用，并展望其未来的发展方向。 数据中心互连： 随着数据流量的指数级增长，数据中心内部及之间的高速、低功耗光互连成为迫切需求。硅基光电子技术以其高密度、低成本的优势，正成为解决这一挑战的关键。我们将探讨其在服务器、交换机、光模块等方面的应用。 高速通信： 从城域网到长途骨干网，硅基光电子器件在提升通信速率、降低能耗方面发挥着重要作用。我们将审视其在下一代光通信标准中的潜力。 计算与人工智能： 光计算和光互连有望突破传统电子计算的瓶颈，尤其是在大规模并行处理和深度学习领域。硅基光电子学为实现这些革命性计算范式提供了平台，例如光学神经网络、光子计算芯片等。 传感与测量： 硅基光电子器件的高灵敏度、宽带宽和集成能力，使其在光学传感、生物医学成像、环境监测等领域展现出巨大潜力。 未来发展趋势： 本篇将深入探讨硅基光电子学的前沿研究方向，包括： 高性能光源的突破： 例如，全硅基激光器，或者更高效的异质集成技术。 新型调制器技术： 探索更低功耗、更高速度的调制方式。 先进的探测器技术： 例如，高灵敏度、宽光谱响应的探测器。 三维集成与封装： 将光电芯片与电子芯片进行垂直集成，实现更高的集成密度。 与量子技术的结合： 探索硅基光电子在量子通信、量子计算等领域的应用。 新材料与新工艺的探索： 例如，利用 III-V 族材料在硅基平台上的生长，或者开发更先进的制造工艺。 《硅基光电子学》不仅仅是一本技术手册，更是一扇通往信息未来之门的钥匙。它将带领您穿越硅晶的微观世界，理解光子如何在微小的芯片上舞动，最终点亮我们日益互联的信息社会。无论您是相关领域的学生、研究人员，还是对前沿科技充满好奇的爱好者，本书都将为您提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，帮助您把握硅基光电子学的脉搏，预见信息时代的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

第五段评价 这本书的阅读体验，可以说是“意料之外，情理之中”。我本以为会是一本充斥着专业术语和复杂公式的学术专著，但实际上，它却以一种非常“接地气”的方式，向我展示了硅基光电子学的魅力。作者在开篇就用一个引人入胜的故事，勾勒出了硅材料在信息技术革命中的重要地位，然后循序渐进地引导读者进入这个充满活力的领域。书中对硅材料物理特性的讲解，并没有采用枯燥的理论说教，而是通过大量的图示和实际案例，让读者能够直观地理解。我尤其喜欢书中关于硅基光电子器件在通信、计算、传感等领域的应用前景的描绘，这些内容让我看到了科技进步如何深刻地改变我们的生活，也让我对未来的社会发展有了更清晰的认知。这本书的篇幅虽然不小，但读起来一点也不费力，反而让人越读越想读。

评分☆☆☆☆☆

第一段评价 哇，我最近翻阅了一本关于“硅基光电子学”的书，虽然我之前对这个领域知之甚少，但这本书的开篇就牢牢抓住了我的注意力。作者以一种非常引人入胜的方式，从历史的视角梳理了半导体材料在信息时代扮演的关键角色，然后巧妙地过渡到硅作为一种既丰富又易于加工的材料，如何被赋予“光”的能力。我特别喜欢书中关于早期光电器件发展的叙述，那些充满探索和突破的时代故事，让我对科学进步的艰辛与伟大有了更深的体会。书里对硅的晶体结构、电子能带理论的讲解，也并非枯燥的公式堆砌，而是通过清晰的比喻和图示，将抽象的概念变得具体可感。读到后面，作者开始介绍各种硅基光电器件的原理，比如发光二极管、光电探测器，虽然我还不完全理解其中的细节，但那种“原来光和电能在硅里如此紧密地结合”的震撼感，真的让我觉得这本书非常有价值，仿佛打开了一扇通往未来科技大门。

评分☆☆☆☆☆

第四段评价 我一直对“万物皆可互联”的愿景充满好奇，而“硅基光电子学”这本书，则为我揭示了实现这一愿景的“幕后英雄”。它不仅仅是关于电子元件，更是关于如何让光在硅这种最基础的材料上“跳舞”。我喜欢书中关于硅光子集成电路的章节，作者用非常形象的方式讲解了如何在硅芯片上构建复杂的“光路”，就像在微观世界里建造一座座精密的“光之城”。书中对各种新型硅基光电子器件的介绍，比如硅基激光器、调制器、探测器的最新研究进展，让我惊叹于人类的智慧和创造力。读这本书，我不再仅仅看到手机、电脑，而是能想象到它们内部无数个微小的光子在硅芯片上穿梭，传递着海量的信息。这本书让我对科技的未来充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

第三段评价 作为一名在光电子领域摸爬滚打多年的工程师，我一直都在寻找一本能够深入浅出，又能覆盖最新技术进展的书籍。“硅基光电子学”这本书，确实没有让我失望。作者在基础理论的阐述上，既有严谨的学术深度，又不失清晰的逻辑脉络，对于硅材料的光学和电学性质的分析，可谓是鞭辟入里。我尤其赞赏书中对不同光电子器件的分类和比较，从PN结的发光原理到硅纳米线的光学特性，再到集成光学电路的最新进展，都进行了详尽的介绍，并且引用了大量的最新研究成果和文献。书中对器件的性能参数、制备工艺以及面临的挑战，都有着深刻的剖析。读完这本书，我感觉自己的知识体系得到了极大的拓展，也对未来硅基光电子学的发展方向有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

第二段评价 这本书简直是为我这种“技术小白”量身定做的，虽然书名听起来有点“高大上”，但内容却意外地平易近人。作者在讲解硅基光电子学的过程中，没有回避关键的技术细节，但用了大量的生活化比喻，让原本复杂的原理变得像讲故事一样有趣。比如，在解释光与物质相互作用时，作者会将电子比作在轨道上跳跃的“小精灵”，而光子则是“能量的信使”，这种生动的描绘，让我这个非专业人士也能抓住核心概念。书中的图表设计也非常出色，清晰明了，能够辅助理解文字内容，甚至很多插图本身就像艺术品一样。我尤其欣赏作者对不同应用场景的描绘，从高速通信到医疗诊断，再到人工智能的计算，都一一阐述了硅基光电子学如何成为这些领域不可或缺的基石。这本书不仅让我了解了“是什么”，更让我思考了“为什么”和“如何”。