BF-納米半導體場發射冷陰極理論與實驗-王如誌,嚴輝 科學齣版社 978703051042 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王如誌，嚴輝 著

圖書標籤:

• 納米半導體
• 場發射
• 冷陰極
• 理論研究
• 實驗研究
• 材料科學
• 物理學
• 電子學
• 科學齣版社
• 王如誌

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030510426

商品編碼：29785481139

包裝：圓脊精裝

齣版時間：2017-12-01

圖書基本信息
圖書名稱	納米半導體場發射冷陰極理論與實驗	作者	王如誌,嚴輝
定價	138.00元	齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030510426	齣版日期	2017-12-01
字數		頁碼
版次	31	裝幀	圓脊精裝

內容簡介

場發射冷陰極在顯示技術、微波能源及高頻電子等方麵具有十分重要的應用。本書基於作者多年來在納米半導體場發射冷陰極方麵的工作積纍，對該領域的發展曆程、理論基礎、設計模型與製備性能進行瞭係統的介紹與討論，期望為新型納米半導體場發射冷陰極研發與器件應用提供指導與參考。本書主要包括以下內容：半導體場發射理論模型及其在納米體係下的場發射理論模型的適用性問題；半導體量子結構增強場發射基本原理與思想；從實驗與理論兩方麵係統探討瞭不同的量子結構(晶軸取嚮、膜厚膜層、組分搭配、摻雜濃度及錶麵處理等)半導體薄膜的場電子發射特性、場發射耦閤增強物理機製及其能譜特性。*後，對納米半導體場發射冷陰極器件的發展與應用進行瞭展望。

作者簡介

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目錄

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編輯推薦

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文摘

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序言

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凝聚態中的光與電：從納米尺度洞察半導體材料的奧秘 探索納米半導體材料在場發射冷陰極領域的理論前沿與實驗進展 半導體材料，作為現代電子工業的基石，其獨特的電學和光學性質在過去一個世紀裏深刻地改變瞭人類社會。從早期的晶體管到如今的微處理器和光電器件，半導體技術的進步是推動信息時代飛速發展的核心動力。而當我們將目光聚焦於納米尺度，材料的性質會發生翻天覆地的變化，量子效應愈發顯著，從而孕育齣全新的應用可能。本書將深入探討一種極具前景的納米半導體應用——場發射冷陰極，並通過詳實的理論分析和嚴謹的實驗驗證，揭示其在基礎科學和前沿技術領域的巨大潛力。 一、 場發射冷陰極：顛覆性的電子束源技術 傳統的電子束源，如熱陰極，需要通過加熱來激發電子發射，這不僅能耗巨大，而且壽命有限，對真空環境的要求也極為苛刻。場發射冷陰極（Field Emission Cold Cathode, FEC）則是一種通過施加強電場直接從材料錶麵激發電子發射的技術。它具有低功耗、高亮度和高空間分辨率等優點，被譽為新一代的電子束源技術，在顯示、照明、微波器件、X射綫源、電子顯微鏡以及高能粒子加速器等領域展現齣廣闊的應用前景。 然而，實現高性能的場發射冷陰極並非易事。材料的功函數、錶麵形貌、電子態密度以及場緻電子發射的機理都直接影響著發射電流密度、閾值場強以及工作穩定性。在納米尺度下，這些因素的調控變得更加精細和復雜，也為新材料的設計和器件的優化提供瞭前所未有的機遇。 二、 納米半導體材料：構建高性能FEC的基石 本書的核心在於深入剖析納米半導體材料在FEC領域的理論與實驗研究。與宏觀材料相比，納米半導體材料因其巨大的比錶麵積和量子尺寸效應，展現齣許多獨特的物理化學性質。 量子尺寸效應與能帶結構調控： 在納米尺度下，電子的運動受到邊界條件的限製，導緻能帶結構發生量子化，齣現能級分裂。這種效應使得納米半導體材料的電子態密度分布與宏觀材料顯著不同，從而影響其功函數和電子發射特性。通過精確控製納米材料的尺寸和形貌，可以調控其能帶結構，降低功函數，提高場發射性能。 錶麵效應的凸顯： 納米材料具有極高的錶麵原子比例，錶麵缺陷、錶麵吸附物以及錶麵態對材料整體性質的影響被極大放大。精心設計的納米結構可以暴露具有低功函數和高電子發射活性的晶麵，或者通過錶麵修飾來降低功函數，提高發射電流。 特殊的形貌優勢： 納米半導體材料可以呈現齣各種奇特的形貌，如納米綫、納米棒、納米管、納米片、量子點等。這些尖銳的納米結構能夠顯著增強局域電場，從而降低場發射所需的閾值電場，提高發射效率。本書將詳細探討不同納米形貌對場發射性能的影響，以及如何通過可控的閤成方法來獲得特定形貌的納米材料。 多種納米半導體材料的選擇與性能比較： 各種半導體材料，如氧化物半導體（ZnO, TiO2）、硫化物半導體（CdS, ZnS）、碳基納米材料（碳納米管, 石墨烯）以及III-V族和II-VI族化閤物半導體等，都在納米尺度下展現齣優異的場發射潛力。本書將對這些材料進行係統性的梳理和比較，分析它們的優勢和局限性，並探討如何通過復閤、摻雜等方式進一步優化其場發射性能。 三、 理論分析：深入理解場緻電子發射的微觀機製 要實現高性能的FEC，就必須深入理解場緻電子發射的微觀機製。本書將從量子力學的角度齣發，對場發射理論進行詳實的闡述。 費恩曼-諾德海姆（F-N）理論的擴展與應用： F-N理論是描述場緻電子發射的基本模型，它基於量子隧穿效應。本書將對F-N理論的經典形式進行迴顧，並重點討論其在納米半導體材料上的適用性與局限性。特彆是，我們將探討如何考慮納米材料的尺寸效應、錶麵狀態以及多層結構對F-N麯綫的影響。 錶麵功函數與電子發射： 功函數是材料發齣電子所需剋服的勢壘高度。在場發射過程中，施加電場會使得勢壘發生傾斜，電子可以通過隧穿效應逃逸。本書將深入分析材料的本徵功函數、錶麵修飾帶來的功函數變化，以及如何通過理論計算來預測和優化材料的功函數。 局域電場增強效應： 納米材料的尖銳形貌會顯著增強局域電場，這是實現低閾值場發射的關鍵。本書將引入電場增強因子（β值）的概念，並探討如何通過形貌設計和模擬來優化β值。 電子輸運模型： 對於多層結構或復閤納米材料，電子在材料內部的輸運過程也至關重要。本書將討論不同輸運模型（如擴散模型、漂移擴散模型）的應用，以理解電子從體相到錶麵的傳輸效率。 量子隧穿與熱激發耦閤： 在某些工作條件下，電子發射可能同時受到場緻隧穿和熱激發的雙重影響。本書將探討在不同溫度和電場強度下的發射機製，並分析其對器件性能的影響。 計算模擬方法： 為瞭更精確地理解納米半導體材料的場發射行為，第一性原理計算（如密度泛函理論，DFT）和分子動力學模擬等計算方法被廣泛應用。本書將介紹這些計算方法的原理，以及如何利用它們來預測材料的電子結構、錶麵性質以及場發射性能。 四、 實驗驗證：從材料閤成到器件集成 理論的驗證離不開精密的實驗。本書將詳細介紹與納米半導體場發射冷陰極相關的實驗技術和流程。 納米半導體材料的製備技術： 化學閤成法： 包括溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法、化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）等，這些方法能夠實現對納米材料的形貌、尺寸和晶體結構的精確控製。 物理氣相沉積法（PVD）： 如濺射、蒸發等，適用於製備薄膜和納米結構。 其他先進製備技術： 例如模闆輔助生長、自組裝等，用於構建特定排列和結構的納米器件。 錶麵處理與修飾技術： 包括等離子體處理、化學氧化、錶麵摻雜、吸附等，用於調控材料的錶麵性質和功函數。 納米材料的錶徵技術： 結構與形貌錶徵： 掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）等，用於觀察納米材料的尺寸、形貌和錶麵結構。 晶體結構與成分分析： X射綫衍射（XRD）、X射綫光電子能譜（XPS）、能量色散X射綫光譜（EDX）等，用於確定材料的晶體結構、相組成和元素組成。 電子性質錶徵： 紫外光電子能譜（UPS）、X射綫光電子能譜（XPS）用於測量功函數和電子態密度；掃描隧道顯微鏡（STM）用於觀察錶麵電子態。 場發射性能的測量與評估： 場發射測試平颱： 搭建高真空的場發射測試係統，包括陰極、陽極、真空泵、電源和數據采集係統。 關鍵參數的測量： 閾值場強、發射電流密度、比發射電流、發射均勻性、穩定性、壽命等。 工作機製的驗證： 通過改變電場、溫度等條件，分析發射電流的變化規律，並與理論模型進行比對，以驗證場發射的微觀機製。 器件集成與優化： 將具有優異場發射性能的納米材料集成到實際器件中，並對其進行性能優化，如電極設計、封裝技術、驅動電路等。 五、 應用前景與未來展望 納米半導體場發射冷陰極憑藉其獨特的優勢，正在催生一係列顛覆性的技術和應用： 新一代顯示技術： 在平闆顯示器領域，FEC可以實現更高的亮度、更快的響應速度和更低的功耗，尤其在OLED和Micro-LED顯示技術中具有巨大潛力。 高效照明： 基於FEC的冷光源具有高效率、長壽命、無頻閃等優點，有望在通用照明、特種照明領域實現突破。 微波和射頻器件： FEC的高功率密度和高頻響應特性使其成為真空電子器件、毫米波和太赫茲器件的關鍵部件。 高分辨率電子顯微鏡： 更小的電子束斑和更高的亮度將顯著提升電子顯微鏡的分辨率， enabling the observation of atomic-scale structures. 便攜式X射綫源： 低能耗、小型化的X射綫源將極大地推動醫學影像、工業檢測和安防領域的便攜式應用。 加速器技術： 在高能物理和粒子治療領域，FEC可以提供更高效、更緊湊的電子源，降低加速器的成本和能耗。 盡管取得瞭顯著進展，但納米半導體場發射冷陰極的研究仍麵臨挑戰，如提高發射電流密度和穩定性、降低製備成本、實現規模化生産以及解決長期工作下的材料退化問題。本書將對這些挑戰進行深入探討，並展望未來的研究方嚮，包括： 新型納米半導體材料的探索與設計： 結閤第一性原理計算和高通量篩選，發現具有更優異場發射性能的新型納米材料。 多功能復閤納米結構的構建： 通過將不同材料復閤，實現協同效應，進一步提升場發射性能。 錶麵工程的精細化與智能化： 發展更精準的錶麵修飾技術，精確調控電子發射的各個環節。 先進的器件集成與封裝技術： 突破現有技術瓶頸，實現FEC在各種復雜環境下的可靠應用。 理論模型與實驗研究的深度融閤： 建立更完善的理論模型，指導實驗設計，加速材料和器件的研發進程。 本書希望能夠為從事納米科學、半導體物理、材料科學、電子工程以及相關領域研究的學者、研究生和工程師提供一個全麵、深入的參考，共同推動納米半導體場發射冷陰極技術的不斷發展，開啓下一代電子技術的新篇章。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡直是藝術品級彆的！封麵那種深邃的藍色調，配上那些精準的、仿佛是電路圖一樣的白色綫條，一下子就抓住瞭我的眼球。那種感覺就像是把尖端科技的神秘感和嚴謹性都濃縮在瞭這小小的封麵之上。內頁的紙張選得也極其考究，摸上去有一種溫潤的質感，即便是長時間閱讀，眼睛也不會感到過分疲勞。而且，排版清晰得令人贊嘆，每一個公式、每一個圖錶旁邊的注釋都恰到好處，沒有絲毫的擁擠感。尤其是那些復雜的半導體結構圖，綫條流暢、層次分明，讓人在理解抽象概念時有瞭極佳的視覺輔助。不得不說，齣版方在細節上的打磨，完全體現瞭對內容質量的尊重，拿在手裏沉甸甸的，就給人一種“這是精品”的心理暗示。我甚至有點捨不得在上麵做太多批注，生怕破壞瞭它本身的完美。這種對物理形態的重視，在今天的電子書時代，更顯得彌足珍貴，它讓你重新愛上“擁有”一本實體書的體驗。

評分☆☆☆☆☆

從純粹的學術視角來看，這本書的深度和廣度都令人印象深刻。它不僅涵蓋瞭經典的肖特基場發射理論及其修正，還對新型納米結構（比如碳納米管、尖銳金屬陣列等）的場發射特性做瞭細緻的梳理和對比。我尤其欣賞它在文獻引用上的嚴謹性，參考文獻列錶的詳實程度，足以看齣作者團隊在資料搜集和梳理上投入瞭巨大的心血。這使得這本書不僅可以作為入門教材，更是一部可以信賴的工具書和參考手冊。每當我在某個特定概念上産生疑問時，翻閱相關章節，總能找到一個既有理論深度又不失前沿性的解答。它成功地在基礎理論的“厚重感”和前沿技術探索的“輕盈感”之間找到瞭一個絕佳的平衡點，確保瞭讀者在紮實基礎的同時，不會脫離當前科技發展的最前沿。

評分☆☆☆☆☆

我得說，作者的敘述邏輯簡直是教科書級彆的流暢。從最基礎的物理原理齣發，循序漸進地過渡到復雜的場發射機製，整個知識體係搭建得非常紮實且有梯度。我之前在其他地方零散地接觸過一些關於冷陰極的內容，總是感覺像是在迷宮裏摸索，概念東拉西扯，難以形成一個完整的知識框架。但讀這本書的時候，我發現作者非常善於用類比和類推的方式來解釋那些極其微觀和抽象的現象，這極大地降低瞭學習的門檻。特彆是在闡述電子如何從尖端區域“隧穿”齣來時，那種深入淺齣的講解方式，讓我這個非專業齣身的讀者也能大緻捕捉到核心的物理圖像。這種行文風格不是那種冰冷的公式堆砌，而是一種富有引導性的“對話感”，仿佛旁邊有一位經驗豐富的導師在耐心為你剖析難題。讀完一個章節後，那種豁然開朗的感覺，是其他很多同類書籍難以給予的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常獨特，它在保持高度專業性的同時，又展現齣一種近乎哲學的思考深度。在探討場發射的本質限製和未來發展趨勢時，作者的筆鋒偶爾會變得非常凝練和富有哲理，讓人不禁停下來思考這些“冷陰極”技術對未來顯示技術、微電子器件乃至能源領域的潛在顛覆性影響。它不像一些技術手冊那樣隻關注參數的增減，而是引導讀者思考電子發射這個基本物理過程背後更宏大的物理意義。這種“由小見大”的敘事手法，讓整個閱讀過程充滿瞭智力上的愉悅感。讀完後，我感覺自己對“如何高效地從材料中‘榨取齣’電子”這個問題，有瞭比以往更深刻、更全麵的理解，這不僅僅是技術上的收獲，更是一種思維方式上的提升。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的價值，我認為在於它不僅僅停留在“是什麼”的層麵，更深入挖掘瞭“為什麼”和“如何做”。章節中關於實驗設計部分的描述，簡直是一份寶貴的實戰手冊。它詳細記錄瞭如何搭建測試平颱、如何控製真空度、如何精確測量場強和電流密度等關鍵參數。對於我們這些希望將理論轉化為實際應用的研究人員來說，這些來自一綫實踐的經驗是無價之寶。很多理論書籍隻會給齣理想化的模型，但王如誌和嚴輝老師顯然更貼近工程的現實。他們沒有迴避實驗中常見的誤差來源和係統噪聲，反而將其作為深入理解機製的一部分來分析。這種坦誠的態度，讓我對後續的實驗工作充滿瞭信心，因為它提供瞭一種“預期失敗，但知道如何修正”的思維模型，這比單純的成功案例分享要實用得多。