光子学是一门研究光子的产生和运动特性、光子同物质的相互作用及其应用的前沿学科，硅光子学专门研究硅以及硅基异质结材料（诸如SiGe/Si、SOI等）等介质材料中光子的行为和规律，着重研究硅基光子器件的工作原理、结构设计与制造以及在光通信、光计算等领域中的实际应用。全书共19章，分别介绍硅基光子学基础、应用和发展趋势；硅基异质结构和量子结构的物理性质、制备方法；硅基光子器件，包括硅基发光器件、探测器、光波导器件；硅基光子晶体、硅基光电子集成、硅基光互连以及硅基太阳能电池。
本书可以作为高等院校高年级本科生和研究生的教材和参考书，也可作为半导体光子学、光电集成、光电子器件、信息网络系统、计算机光互连及相关技术领域的科研人员、工程技术人员的参考书。
样章试读
目录
- 序
前言
第1章 引言
1.1 信息时代的前沿学科——光子学
1.2 硅电子学的发展和硅光子学的诞生
1.3 硅光子学——高科技的焦点
1.4 本书的内容
参考文献
第2章 硅锗的材料性质
2.1 引言
2.2 Si、Ge的晶体性质
2.2.2 晶格常数
2.2.3 Si_1-xGe_x的晶格失配和临界厚度
2.3 能带结构
2.3.1 Si的能带结构
2.3.2 Si_1-xGe_x的能带结构
2.3.3 Si_1-xGe_x量子结构和超晶格
2.4 Si_1-xGe_x的电学性质
2.4.1 Si_1-xGe_x的载流子迁移率
2.4.2 Si_1-xGe_x/Si和Si_1-xGe_x/Ge中的二维载流子
2.5 Si_1-xGe_x的光学性质
2.5.1 Si_1-xGe_x的折射率
2.5.2 Si_1-xGe_x的吸收系数
2.5.3 Si_1-xGe_x的光荧光谱
2.5.4 Si_1-xGe_x的Raman光谱
2.6 弛豫Si_1-xGe_x合金的物理参数
2.7 结束语
参考文献
第3章 硅基光子材料的外延生长
3.1 引言
3.2 分子束外延技术生长Si_1-xGe_x材料
3.2.1 分子束外延技术简介
3.2.2 MBe外延生长Si_1-xGe_x材料
3.3 UHV/CVD系统
3.4 UHV/CVD材料生长动力学
3.4.1 Si/Si同质结外延
3.4.2 Si_1-xGe_x/Si异质结外延
3.5 UHV/CVD外延生长Ge、GeSi和SiGeSn
3.5.1 UHV/CVD生长Ge
3.5.2 UHV/CVD低温外延生长Si_1-xGe_x
3.5.3 UHV/CVD外延生长SiGeSn
3.6 结束语
参考文献
第4章 SOI材料的性质及应用
4.1 引言
4.2 SOI的制备方法
4.2.1 键合-背面腐蚀技术
4.2.2 注氧隔离技术
4.2.3 注氢智能剥离技术
4.2.4 注氧键合技术
4.2.5 SOI制备方法的比较
4.3 SOI材料的表征技术
4.3.1 SOI材料的晶体质量
4.3.2 SOI材料的载流子寿命和表面复合
4.4 SOI的应用与发展趋势
4.4.1 SOI CMOS电路
4.4.2 SOI MOSFET技术
4.4.3 SOI在微电子领域的应用及市场概况
4.4.4 SOI技术的发展趋势
4.4.5 SOI光子集成技术
参考文献
第5章 硅基发光材料与器件
5.1 硅基材料发光机理
5.1.1 半导体材料发光机理
5.1.2 硅基掺杂分立发光中心发光机理
5.2 硅基发光
5.2.1 硅纳米结构发光
5.2.2 体硅发光材料与器件
5.2.3 稀土离子掺杂硅基发光材料与器件
5.2.4 硅基等电子发光材料与器件
5.2.5 Ge/Si量子结构及布里渊区折叠
5.3 结束语
参考文献
第6章 硅基光放大器和激光器
6.1 硅基纳米结构的光增益与激光器
6.1.1 硅基纳米结构光增益与激射
6.1.2 局域化硅纳米晶体受限量子结构电注入受激发射
6.2 硅基掺铒光放大器和激光器
6.3 硅基拉曼激光器
6.4 硅基等电子缺陷发光光泵激射器件
6.5 硅基异质结构混合型激光器
6.5.1 AlGaInAs/Si混合型激光器
6.5.2 硅基Si_1-xGe_x/Si异质结结构激射器件
6.5.3 硅锗MOS结构电注入激射器件
6.6 硅基激光器发展前景
参考文献
第7章 硅基量子级联和太赫兹激光器
7.1 Si/Si_1-xGe_x量子级联激光器的能带计算
7.1.1 k·p方法计算Si/Si_1-xGe_x量子阱的空穴能级
7.1.2 中远红外(太赫兹)Si/Si_1-xGe_x量子级联激光器的能带设计
7.2 Si/Si_1-xGe_x量子级联激光器的增益和损耗
7.2.1 Si/Si_1-xGe_x量子级联激光器的增益系数
7.2.2 Si/Si_1-xGe_x量子级联激光器的波导和损耗
7.3 Si/Si_1-xGe_x量子级联结构的外延生长和表征
7.4 Si/Si_1-xGe_x量子级联激光器的光电特性
7.5 结束语
参考文献
第8章 硅基光电探测器
8.1 硅探测器工作原理
8.1.1 硅PIN光电二极管
8.1.2 硅MSM光电二极管
8.1.3 光电探测器的性能参数
8.2 Si_1-xGe_x垂直结构PIN光电二极管
8.3 RCESi_1-xGe_x/Si多量子阱光电二极管
8.3.1 共振腔探测器自洽解析理论
8.3.2 硅基共振腔的制备
8.3.3 Si_1-xGe_x/Si MQW RCE光电探测器的制备
8.3.4 RCe探测器的特性
8.4 Si基Ge光电二极管
8.4.1 硅基Ge材料外延技术
8.4.2 Si基Ge探测器
8.5 硅基Ⅲ-Ⅴ族化合物光电二极管
8.6 结束语
参考文献
第9章 硅基光波导
9.1 光波导中的模式
9.2 脊形波导单模条件
9.2.1 SOI矩形截面脊形波导的单模条件
9.2.2 SOI梯形截面脊形波导的单模条件
9.3 单模条件的计算方法
9.3.1 束传播法(BPM)
9.3.2 时域有限差分法(FDTD)
9.3.3 薄膜匹配法(FMM)
9.4 光波导的损耗
9.4.1 截断法
9.4.2 F-P腔光谱分析法
9.4.3 傅里叶谱分析方法
9.5 结束语
参考文献
第10章 硅基微纳光波导调制器
10.1 硅基微纳光波导的模式特性
10.1.1 硅基一维限制平板波导
10.1.2 条形波导和脊形波导
10.2 硅基微纳光波导的损耗
10.3 硅基微纳光波导的偏振相关性
10.4 硅基微纳光波导的调制
10.4.1 光波的调制
10.4.2 硅的光调制机理
10.5 硅基微纳光波导调制器的结构
10.5.1 硅基微纳光波导调制器的电学结构
10.5.2 硅基微纳光波导调制器的光学结构
10.6 硅基微纳光波导调制器进展
10.7 结束语
参考文献
第11章 硅基微环谐振器
11.1 微环谐振器的工作原理
11.1.1 单个微环
11.1.2 级联微环
11.2 微环谐振器的光学性质
11.2.1 振幅特性
11.2.2 相位特性
11.3 微环谐振器的设计
11.3.1 波导的设计
11.3.2 耦合器的设计
11.3.3 内损耗的估算
11.4 微环谐振器的制备与测试
11.4.1 工艺流程
11.4.2 电子束光刻
11.4.3 干法刻蚀工艺
11.4.4 氧化硅生长技术
11.4.5 微环谐振器的测试
11.5 SOI微环谐振器的应用
11.5.1 光滤波器
11.5.2 非线性光学器件
11.5.3 光延时线与光缓存
11.6 发展趋势
参考文献
第12章 硅基光波导开关阵列
12.1 硅基光波导开关的工作原理
12.2 硅基光波导开关阵列的拓扑结构
12.2.1 完全无阻塞型光波导开关阵列
12.2.2 重排无阻塞型光波导开关阵列
12.2.3 阻塞型光开关阵列
12.3 器件参数与热光效应
12.4 器件的模拟分析与优化
12.5 硅基光开关阵列的性能
12.6 结束语
参考文献
第13章 硅基阵列波导光栅
13.1 阵列波导光栅的工作原理
13.2 AWG的器件参数和设计
13.3 AWG的计算机模拟
13.4 AWG性能的优化
13.5 AWG的制备
13.6 AWG的特性和应用
参考文献
第14章 硅基光耦合器
14.1 引言
14.2 模斑变换器
14.2.1 正向楔形模斑变换器
14.2.2 反向楔形模斑变换器
14.2.3 狭缝式模斑变换器
14.3 棱镜耦合器
14.3.1 反向棱镜耦合器
14.3.2 折射率渐变半透镜耦合器
14.4 光栅耦合器
14.4.1 垂直型光栅耦合器
14.4.2 水平双光栅耦合器
14.5 结束语
参考文献
第15章 硅基光子晶体
15.1 引言
15.2 光子晶体的理论
15.2.1 基于Bloch理论的平面波展开法
15.2.2 超元胞方法
15.2.3 有限时域差分法
15.2.4 计算举例:负折射效应
15.3 硅基光子晶体的制备
15.3.1 三维硅基光子晶体的制备
15.3.2 二维硅基光子晶体的制备
15.3.3 二维硅基光子晶体器件设计与应用
15.4 结束语
参考文献
第16章 硅基光互连
16.1 引言
16.2 微电芯片中的互连技术
16.2.1 电互连技术的特点
16.2.2 光互连的优势
16.2.3 实现光互连的方式
16.3 硅基片上光互连
16.3.1 硅作为光子学材料的优势
16.3.2 硅基光互连系统中的关键器件
16.4 片上光互连技术
16.4.1 片上光学时钟网络
16.4.2 片上光学数据总线
16.4.3 片上光学网络
16.5 结束语
参考文献
第17章 硅基慢光器件
17.1 引言
17.2 慢光基础
17.2.1 基本概念
17.2.2 基于材料色散的慢光
17.2.3 基于波导色散的慢光
17.2.4 延迟、带宽与损耗
17.3 硅基波导慢光器件
17.3.1 硅基微环谐振腔中的慢光
17.3.2 硅基光子晶体慢光
17.4 慢光的应用
17.5 结束语
参考文献
第18章 硅基光子集成
18.1 引言
18.2 单片硅基光子集成
18.2.1 硅基光子集成回路
18.2.2 硅基光子集成模块及其应用
18.2.3 单片硅基光子集成的发展方向
18.3 混合硅基光子集成
18.3.1 混合集成技术的主要进展
18.3.2 硅基光子集成的制作因素
18.4 硅基光子集成的未来
参考文献
第19章 硅基太阳能电池
19.1 太阳能电池工作原理
19.1.1 半导体pn结光伏效应
19.1.2 光伏参数与材料性质的关系
19.1.3 单带隙半导体太阳能电池的极限效率
19.1.4 光伏效应的起源
19.2 晶体硅太阳能电池
19.2.1 晶体硅电池效率的进展
19.2.2 晶体硅电池的研发动向
19.3 非晶硅基薄膜太阳能电池
19.3.1 非晶硅基薄膜材料的结构和电子态
19.3.2 非晶硅基薄膜材料的光致变化和抑制途径
19.3.3 非晶硅和非晶锗硅单结电池
19.3.4 非晶硅/非晶锗硅叠层电池
19.4 微晶硅太阳能电池
19.4.1 微晶硅及纳米硅薄膜材料
19.4.2 非晶硅/微晶硅叠层电池
19.5 多晶硅薄膜太阳电池
19.6 第三代硅基薄膜太阳能电池
19.6.1 全硅三结叠层电池
19.6.2 硅量子点电池
19.6.3 黑硅电池
参考文献
《半导体科学与技术丛书》已出版书目
京公网安备 11010102004214号