中外物理学精品书系·引进系列（30）：半导体纳米结构（影印版）（英文） [Semiconductor Nanostructures] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] 宾贝格（D.Bimberg） 编

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• 半导体
• 纳米结构
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• 材料科学
• 电子学
• 纳米技术

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301227848

版次：1

商品编码：11315438

包装：平装

丛书名： 中外物理学精品书系

外文名称：Semiconductor Nanostructures

开本：16开

出版时间：2013-07-01

用纸：胶版纸

页数：357

字数：457000

正文语种：英文

内容简介

　　《中外物理学精品书系·引进系列（30）：半导体纳米结构（影印版）（英文）》内容丰富，涵盖面广，可读性强，其中既有对我国传统物理字发展的梳理和总结，也有对正在蓬勃发展的物理学前沿的全面展示；既引进和介绍了世界物理学研究的发展动态，也面向国际主流领域传播中国物理的优秀专著。

目录

Preface
List of Contributors
1 Thermodynamics and Kinetics of Quantum Dot Growth
Vtaly Shchukin, Eckehard Scholl and Peter Kratzer
1.1 Introduction
1.1.1 Length and Time Scales
1.1.2 Multiscale Approach to the Modeling of Nanostructures
1.2 Atomistic Aspects of Growth
12.1 Diffusion of Ga Atoms on GaAs（001）
1.2.2 Energetics of As2 Incorporation During Growth
1.2.3 Kinetic Monte Carlo Simulation of GaAs Homoepitaxy
1.2.4 Wetting Layer Evolution
1.3 Size and Shapes of Individual Quantum Dots
1.3.1 Hybrid Approach to Calculation of the Equilibrium Shape of Individual Quantum Dots
1.3.2 Role of High-Index Facets in the Shape of Quantum Dots
1.3.3 Shape Transition During Quantum Dot Growth
1.3.4 Constraint Equilibrium of Quantum Dots with a Wetting Layer
1.4 Thermodynamics and Kinetics of Quantum Dot Ensembles
1.4.1 Equilibrium Volume of Strained Islands versus Ostwald Ripening
1.4.2 Crossover from Kinetically Controlled to Thermodynamically Controlled Growth of Quantum Dots
1.4.3 Tunable Metastability of Quantum Dot Arrays
1.4.4 Evolution Mechanisms in Dense Arrays of Elastically Interacting Quantum Dots
1.5 Quantum Dot Stacks
1.5.1 Transition between Vertically Correlated and Vertically Anticorrelated Quantum Dot Growth
1.5.2 Finite Size Effect: Abrupt Transitions between Correlated and Anticorrelated Growth
1.5.3 Reduction of a Size of a Critical Nucleus in the Second Quantum Dot Layer
1.6 Summary and Outlook
References

2 Control of Self-Organized In（Ga）As/GaAs Quantum Dot Growth
Udo W. Pohl andAndre Strittmatter
2.1 Introduction
2.2 Evolution and Strain Engineering of InGaAs/GaAs Quantum Dots
2.2.1 Evolution of InGaAs Dots
2.2.2 Engineering of Single and Stacked InGaAs QD Layers
2.3 Growth Control of Equally Shaped InAs/GaAs Quantum Dots
2.3.1 Formation of Self-Similar Dots with a Multimodal Size Distribution
2.3.2 Kinetic Description of Multimodal Dot-Ensemble Formation
2.4 Epitaxy of GaSb/GaAs Quantum Dots
2.4.1 Onset and Dynamics of GaSb/GaAs Quantum-Dot Formation
2.4.2 Structure of GaSb/GaAs Quantum Dots
2.5 Device Applications of InGaAs Quantum Dots
2.5.1 Edge-Emitting Lasers
2.5.2 Surface-Emitting Lasers
2.6 Conclusion
References

3 In-Situ Monitoring for Nano-Structure Growth in MOVPE
Markus Pristovsek and Wolfgang Richter
3.1 Introduction
3.2 Reflectance
3.3 Reflectance Anisotropy Spectroscopy （RAS）
3.3.1 RAS Spectra and Surface Reconstruction
3.3.2 Monolayer Oscillations
3.3.3 Monitoring of Carrier Concentration
3.4 Scanning Tunneling Microscopy （STM）
3.5 Conclusion
References

4 Bottom-up Approach to the Nanopatterning of Si（001）
R.Koch
4.1 Quantum Dot Growth on Semiconductor Templates
4.2 （2 x n） Reconstruction of Si（001）
……

5 Structural Characterisation of Quantum Dots by X-Ray Diffraction and TEM
6 The Atomic Structure of Quantum Dots
8 Phonons in Quantum Dots and Their Role in Exciton Dephasing
9 Theory of the Optical Response of Single and Coupled Semiconductor Quantum Dots
10 Theory of Nonlinear Transport for Ensembles of Quantum Dots
11 Quantum Dots for Memories
12 Visible-Bandgap II-VI Quantum Dot Heterostructures
13 Narrow-Gap Nanostructures in Strong Magnetic Fields
14 Optical Properties of III-V Quantum Dots
15 Ultrafast Coherent Spectroscopy of Single Semiconductor Quantum Dots
16 Single-Photon Generation from Single Quantum Dots
Index

前言/序言

量子微粒的奥秘：探索半导体纳米结构的前沿世界 在这个日新月异的科技时代，微观世界的探索正以前所未有的深度和广度拓展着人类的认知边界。尤其是在材料科学与凝聚态物理领域，半导体纳米结构的崛起，无疑为我们打开了一扇通往全新技术革命的大门。这些尺寸仅在纳米尺度（1到100纳米）的半导体材料，由于其独特的量子尺寸效应和表面效应，展现出与宏观块体材料截然不同的物理、化学和光学性质，成为驱动新一代电子器件、光电器件、生物传感器乃至量子计算发展的关键。 本书系聚焦于半导体纳米结构的最新研究进展与核心理论，旨在为广大物理学、材料科学、化学、工程学等领域的科研人员、研究生以及对前沿科学充满好奇的读者，提供一个全面、深入的学习平台。我们并非直接摘录某一具体著作，而是将视野投向这一充满活力的研究领域本身，力求展现其波澜壮阔的全貌。 从原子排列到量子囚笼：理解纳米结构的基本概念 半导体纳米结构，顾名思义，是指将半导体材料的尺寸控制在纳米级别所形成的各种形态。这绝非简单的尺寸缩小，而是涉及原子排列、晶格结构、表面态以及量子力学行为的深刻转变。 量子尺寸效应 (Quantum Size Effect)：当材料尺寸减小到与载流子（电子和空穴）的德布罗意波长相当时，其能级会发生离散化，形成准连续的能带结构。这种能级的量子化，使得纳米结构的光学和电学性质与宏观材料有着显著差异，例如吸收和发射光谱的红移或蓝移，载流子迁移率的改变等。 表面效应 (Surface Effect)：纳米结构具有极高的比表面积。表面原子因其配位数减少，存在未饱和的化学键，导致表面态的形成，这些表面态会显著影响材料的电学、光学和催化性能。如何控制和钝化表面缺陷，是实现高性能纳米器件的关键。 量子约束 (Quantum Confinement)：在纳米结构中，载流子在垂直于表面或界面的方向上受到空间限制，其运动被“囚禁”在二维、一维或零维空间中。这导致了能谱的量子化，并直接影响材料的光电转换效率、发光颜色和器件的开关特性。 多样的形态，丰富的性质：半导体纳米结构家族 半导体纳米结构并非单一的实体，而是呈现出丰富多样的形态，每一种形态都因其独特的几何形状和维度，展现出特定的性能优势： 量子点 (Quantum Dots, QDs)：零维半导体纳米结构，所有维度均被量子约束。它们具有高度可调的发光颜色，可用于LED、显示器、生物标记和太阳能电池。量子点的尺寸越小，其带隙越大，发光波长越短（颜色越蓝）。 纳米线 (Nanowires)：一维半导体纳米结构，在一个维度上受到量子约束。纳米线具有极高的长径比，优异的电子传输性能，可用于构建高性能晶体管、传感器、纳米发电机，并且是理想的连接未来纳米电子器件的“导线”。 纳米片 (Nanosheets) / 量子阱 (Quantum Wells, QWs)：二维半导体纳米结构，在一个维度上受到量子约束。量子阱结构是构建激光器、调制器和高电子迁移率晶体管（HEMTs）的核心。 纳米颗粒 (Nanoparticles)：球形或近似球形的纳米结构，可以看作是量子点的三维等效。其高比表面积使其在催化、传感和药物递送等领域具有广泛应用。 纳米结构薄膜 (Nanostructured Films)：将上述纳米结构有序或无序地排列形成的多层或单层薄膜，是制备高性能薄膜太阳能电池、传感器阵列和涂层材料的重要载体。 制备的艺术与挑战：从实验室到工业化 要实现半导体纳米结构的精确构筑，需要精密的制备技术。目前，主要的制备方法可以分为两大类： 自下而上法 (Bottom-up Approach)：从原子或分子层面开始，通过化学反应或物理过程，逐步构建纳米结构。 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD)：包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）和等离子体增强化学气相沉积（PECVD），是制备高质量纳米线、纳米片和超晶格结构的常用方法。 溶液法 (Solution-based methods)：如溶胶-凝胶法、微乳液法、水热/溶剂热法，成本较低，易于实现大批量生产，常用于制备量子点和纳米颗粒。 分子束外延 (Molecular Beam Epitaxy, MBE)：能够精确控制原子层生长，制备出高质量、结构完美的量子阱和超晶格。 自上而下法 (Top-down Approach)：将宏观材料通过物理或化学方法进行“雕刻”和“加工”，形成纳米结构。 光刻/电子束光刻 (Photolithography/Electron Beam Lithography)：通过掩模或聚焦电子束，在材料表面图案化，然后进行刻蚀，适用于制备大批量、图案化的纳米器件。 聚焦离子束 (Focused Ion Beam, FIB)：能够实现纳米尺度的精确切割和修改，适合于原型器件的制备和修复。 机械剥离 (Mechanical Exfoliation)：如使用胶带剥离石墨烯，是制备二维纳米材料的经典方法。 然而，从实验室研究走向大规模工业化生产，仍然面临诸多挑战，包括如何精确控制纳米结构的尺寸、形貌、晶体质量和表面状态；如何实现高产量、低成本的制备；如何解决纳米材料的组装、集成和互联问题；以及如何确保纳米器件的稳定性和可靠性。 跨界融合，驱动未来：半导体纳米结构的广泛应用 半导体纳米结构的独特性能，使其在众多前沿科技领域展现出巨大的应用潜力，深刻影响着信息技术、能源、医疗和环境等各个方面： 下一代电子器件： 高性能晶体管：利用纳米线的优异导电性，可以制造更小、更快、更节能的晶体管，突破摩尔定律的瓶颈。 三维集成电路：纳米线和纳米片可以用于构建垂直堆叠的电子器件，实现更小巧、更高性能的芯片。 忆阻器和相变存储器：基于纳米结构的开关效应，有望实现非易失性存储器，提升数据存储密度和读写速度。 创新光电器件： 高效LED与OLED：量子点的可调发光特性，使得LED能够实现更纯净、更广泛的色彩，广泛应用于显示器和照明。 高效率太阳能电池：纳米结构能够增强光吸收，提高载流子分离效率，降低复合损失，推动薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的发展。 新型激光器和探测器：量子阱和量子点在光子学领域的应用，为微型化、高性能的光通信和传感技术提供了可能。 生物医学应用： 生物传感器：纳米结构的高比表面积和特异性表面功能化能力，使其成为高灵敏度、高选择性生物传感器的理想平台，用于疾病早期诊断、药物监测等。 靶向药物递送：纳米颗粒可以作为药物载体，将药物精准输送到病灶部位，提高疗效，降低副作用。 光学成像与诊断：荧光量子点可以作为细胞和组织成像的示踪剂，为医学研究和诊断提供新的工具。 环境与能源领域： 催化剂：纳米结构的高活性表面，使其在光催化、电催化领域表现出色，可用于水分解制氢、污染物降解和CO2转化。 储能器件：纳米材料在锂离子电池、超级电容器等储能设备中，能够显著提升能量密度和功率密度。 气体传感器：用于环境监测和工业过程控制，检测痕量气体。 展望未来：挑战与机遇并存 半导体纳米结构的研究，正处在一个激动人心的发展阶段。尽管面临着材料制备、器件集成、性能稳定性和理论理解等多方面的挑战，但其所蕴含的巨大潜力，无疑将引领下一轮科技革命。随着科学技术的不断进步，我们有理由相信，这些微小的“量子魔方”，将以前所未有的力量，重塑我们的生活，并为解决人类面临的重大挑战提供新的解决方案。 本书系旨在激发读者对这一前沿领域的深入探索，通过理解其基本原理、认识其多样形态、掌握其制备技术，并洞察其广阔应用，共同推动半导体纳米结构科学与技术的飞速发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计确实是值得一提的。封面采用了深邃的蓝色，点缀着抽象的纳米结构图案，给人一种科技感与神秘感交织的视觉冲击。书脊上的烫金字体清晰醒目，即便在书架上也能一眼认出。“中外物理学精品书系”的标识显得大气而专业，暗示了其内容的精良和引进的权威性。翻开内页，纸张的质感相当不错，厚实且带有一点点微哑的光泽，印刷清晰，墨色浓郁，即使是图表和公式也能看得十分清楚，这对于需要反复研读的专业书籍来说，无疑大大提升了阅读体验。装订也非常牢固，即便经常翻阅，也不用担心书页松散。整体来说，这本引进版书籍在物理细节上做得很到位，从外在的包装到内在的印刷，都透着一股严谨和对读者的尊重。这种对书籍本身的精雕细琢，也让我在拿到它的时候，就对里面的内容充满了期待，仿佛它本身就像一件精心打磨的艺术品，等待着我去探索其中的知识宝藏。

评分☆☆☆☆☆

从实际操作的角度来看，这本书提供了非常丰富的指导信息。它不仅讲解了半导体纳米结构的理论基础，更深入地探讨了相关的实验技术和研究方法。书中详细介绍了薄膜生长技术、纳米加工技术以及各种光谱、电学和显微学表征手段，并给出了许多具体的实验参数和注意事项。对于正在进行半导体纳米结构研究的实验室和科研人员来说，这本书就像一本操作手册，能够有效地帮助他们解决在实验过程中遇到的实际问题，提高实验的成功率和效率。书中对不同制备方法的优缺点分析，以及对表征结果的解读，都非常具有参考价值。例如，在解释如何通过改变生长温度和气体流量来控制纳米线的直径和密度时，书中提供的细节和图示，让我仿佛身临其境，能够更好地理解实验过程中的关键控制点。

评分☆☆☆☆☆

我一直对半导体纳米材料在未来科技发展中的潜力非常感兴趣，而这本书正好契合了我这方面的求知欲。它不仅仅是一本理论书籍，更像是一扇打开通往新兴技术大门的窗户。书中对纳米线、量子点、纳米片等不同形貌半导体纳米结构的制备方法、表征技术以及在光电器件、传感技术、生物医学等领域的应用前景进行了详尽的介绍。读到关于量子点在LED显示和生物成像方面的应用时，我被深深地吸引了，书中详细解释了量子点如何通过调控尺寸来改变发光颜色，以及其高效的发光效率和稳定性，这让我看到了下一代显示技术和诊断工具的无限可能。此外，书中对于纳米半导体在能源领域的应用，如太阳能电池和催化剂的研究，也让我看到了解决能源危机的新思路。这本书让我深刻体会到，微观世界的纳米技术，正在悄然改变着我们宏观世界的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的魅力在于它所展现出的科学探索精神。作者在字里行间流露出的对半导体纳米结构现象的好奇心和求知欲，以及严谨细致的科学态度，都深深地感染了我。书中不仅仅是知识的传授，更是一种思想的启迪。它鼓励读者独立思考，勇于质疑，并不断探索未知的领域。我尤其喜欢书中对一些开放性问题的讨论，作者并没有给出明确的答案，而是引导读者去思考可能的研究方向和解决方案，这激发了我自身的创新思维。在阅读过程中，我经常会停下来，结合自己的理解去思考书中提出的问题，并尝试提出自己的假设。这本书让我意识到，科学研究的真正乐趣在于不断发现新的规律，解决新的挑战，并为人类的进步贡献自己的力量。它不仅仅是一本专业书籍，更是一本能够激发我成为一名更优秀、更有思想的科研工作者的励志读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书所涵盖的理论深度和前沿性，着实令我印象深刻。它并非简单地罗列概念，而是深入剖析了半导体纳米结构的物理原理，从量子力学的角度阐述了其独特的电子和光学性质。例如，书中对于激子束缚能、量子尺寸效应以及表面等离激元共振的详细讲解，都让我对这些概念有了更为透彻的理解。作者的论述逻辑严谨，层层递进，从基础的材料特性出发，逐步引申到复杂的器件应用。我特别欣赏其中对实验数据的分析和解读，能够将抽象的理论与真实的物理现象紧密联系起来，让人能够更好地把握研究的脉络。而且，书中引用了大量最新的研究文献，这为我进一步深入学习提供了宝贵的参考资料，也让我能够及时了解该领域的最新进展和发展趋势。对于想要在该领域进行深入研究的学者和学生来说，这本书无疑是一份不可多得的宝贵财富。