半导体化合物光电器件制备 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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许并社，梁建，刘旭光，贾虎生 编

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• 半导体
• 光电器件
• 制备
• 化合物半导体
• 材料科学
• 电子工程
• 物理学
• 器件物理
• 薄膜技术
• 光电子技术

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122190987

版次：1

商品编码：11403011

包装：平装

丛书名： 半导体化合物研究与应用丛书

开本：16开

出版时间：2014-01-01

页数：240

正文语种：中文

内容简介

本系列丛书分为《半导体化合物光电原理》、《半导体化合物光电器件制备》、《半导体化合物光电器件检测》三部分。本书从ⅢA�并魽族半导体化合物的基本原理、光电器件制备与工艺以及器件性能检测等方面，较系统地介绍了相关基础知识，适合材料、物理化学、光学、微电子学与固体电子学等专业的本科生和研究生以及工程技术人员和企业相关人员阅读。

目录

第1章LED外延片1
1��1LED外延片的基本概念1
1��1��1外延片的概念1
1��1��2LED外延生长的概念、分类1
1��1��3LED外延工艺技术2
1��1��4MOCVD外延片制备的工艺流程9
1��2LED衬底材料9
1��2��1LED衬底材料的选择依据9
1��2��2LED衬底材料的种类10
1��3LED外延片源材料14
1��3��1MOCVD对源材料的要求14
1��3��2红黄光LED外延片的MO源14
1��3��3蓝绿光LED外延片的MO源15
1��4MOCVD设备16
1��4��1MOCVD设备概述16
1��4��2气体供应系统17
1��4��3MOCVD反应室17
1��4��4控制系统21
1��4��5尾气处理系统22
1��4��6Veeco TurboDisc K465i GaN MOCVD设备22
1��5LED外延片MOCVD工艺68
1��5��1红黄光LED外延片的MOCVD工艺68
1��5��2蓝绿光LED外延片的MOCVD工艺68
1��5��3外延技术的发展趋势72
1��6外延片的检测73
1��6��1结构测试73
1��6��2LED外延片的光学性能测试74
1��6��3LED外延片的电学性能测试80
参考文献81
第2章LED芯片制备83
2��1引言83
2��2芯片制造工艺85
2��2��1清洗85
2��2��2ITO透明电极87
2��2��3光刻技术91
2��2��4刻蚀97
2��2��5氮化硅生长101
2��2��6扩散102
2��2��7欧姆接触104
2��2��8表面粗化108
2��2��9光子晶体111
2��2��10激光剥离(Laser Liff�瞣ff,LLO)117
2��2��11倒装芯片技术118
2��2��12垂直结构芯片技术118
2��2��13化学机械抛光118
2��2��14芯片的切割与分离120
2��2��15芯片分检入库121
2��3芯片制作工艺举例122
2��3��1芯片制备过程中的主要工艺122
2��3��2AlGaInP芯片制作工艺举例123
2��3��3GaN基大功率LED芯片制作工艺举例126
参考文献130
第3章LED芯片封装131
3��1LED封装原物料131
3��1��1LED支架131
3��1��2银胶和绝缘胶132
3��1��3焊线133
3��1��4封装材料134
3��2LED封装结构137
3��2��1引脚式封装137
3��2��2表面贴装封装137
3��2��3食人鱼封装138
3��3芯片封装工艺138
3��3��1封装生产工艺139
3��3��2封装设备142
3��3��3各种工艺操作规范144
3��4LED封装过程常见问题及解决办法150
3��4��1固晶破裂150
3��4��2胶水问题151
3��4��3气泡问题152
3��4��4反向漏电流152
3��5大功率和白光LED封装技术152
3��5��1大功率LED封装芯片152
3��5��2大功率LED封装关键技术154
3��5��3白光LED封装技术158
3��5��4大功率和白光LED封装材料161
参考文献165
第4章LED器件组装166
4��1LED器件166
4��1��1LED器件应用166
4��1��2LED器件性能167
4��2LED显示屏168
4��2��1LED显示屏的分类168
4��2��2LED显示屏的制作方法169
4��2��3LED显示屏的色度处理技术170
4��3LED照明173
4��3��1LED照明系统设计173
4��3��2LED灯具标准175
4��4LED背光源177
4��4��1LED背光源177
4��4��2LED背光模组178
4��4��3LED背光源发展趋势186
参考文献188
第5章太阳能电池190
5��1太阳能资源分布和主要技术利用发展概况190
5��1��1太阳能资源分布190
5��1��2太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式192
5��1��3太阳能光伏技术的发展及前景193
5��2太阳能电池的工作原理和基本特性193
5��2��1太阳能电池的工作原理193
5��2��2太阳能电池的基本特性194
5��2��3影响太阳能电池转换效率的因素196
5��3太阳能电池的分类199
5��4太阳能电池发展存在的问题201
5��5硅太阳能电池202
5��5��1硅材料的制备与选取202
5��5��2单体电池的制造204
5��6太阳能电池组件及封装212
5��6��1太阳能电池组件的常见结构形式213
5��6��2太阳能电池组件的封装材料214
5��6��3组件制造工艺214
5��7常见薄膜太阳能电池217
5��7��1硅基薄膜电池217
5��7��2CdS薄膜与Cu2S/CdS太阳能电池227
5��7��3CdS/CuInSe2薄膜太阳能电池228
5��7��4CIGS薄膜太阳能电池231
5��7��5多晶薄膜CdTe材料与CdTe/CdS太阳能电池231
5��7��6砷化镓(GaAs)薄膜太阳能电池235
5��7��7有机薄膜太阳能电池235
5��7��8染料敏化太阳能电池237
5��7��9 胶体量子点太阳能电池237
5��8太阳能电池的发展趋势238
参考文献238

前言/序言

《量子点发光材料与器件》 简介 本书聚焦于当前极具发展潜力的量子点（Quantum Dots, QDs）发光材料及其在各类光电器件中的应用。量子点作为一类尺寸在纳米量级的半导体晶体，因其独特的量子尺寸效应，展现出与传统半导体材料截然不同的光学和电子特性。其发光颜色可随尺寸连续调谐，具有高荧光量子产率、窄发射光谱、长载流子寿命等优点，这使其在显示、照明、生物成像、激光、太阳能电池等众多领域展现出巨大的应用前景。 第一章：量子点发光材料的基础理论 本章将深入探讨量子点的基本物理概念。首先，我们将回顾半导体物理的基本原理，包括能带理论、激子形成与演化等，为理解量子点的特性奠定基础。随后，重点阐述量子尺寸效应如何影响半导体材料的带隙和光学性质。我们将详细介绍量子点的电子结构，包括库仑相互作用、激子结合能以及表面态的影响。此外，本章还将讨论量子点的光学性质，如吸收光谱和发射光谱的特点，以及荧光量子产率的定义和影响因素。最后，我们将简要介绍影响量子点性能的关键参数，如尺寸分布、晶体结构、表面配体等。 第二章：不同类型量子点的制备方法 本章将全面介绍当前主流的量子点制备方法，从实验室小规模制备到工业化生产的策略。我们将重点讲解几种重要的量子点材料体系，包括： II-VI族量子点（如CdSe, CdTe）：详细介绍热注入法（Hot-injection method），包括前驱体选择、反应条件（温度、时间、溶剂）、表面配体种类及作用、以及后处理过程（如纯化、分散）等。我们将分析该方法在控制量子点尺寸、形貌和光学性能方面的优势与挑战。 III-V族量子点（如InP, GaAs）：讨论其制备方法，特别是避免使用对环境和人体有害的镉的替代方案。介绍相关的合成路线，例如在有机溶剂或水溶液中的制备方法，以及如何实现高稳定性和高光学性能。 钙钛矿量子点（Perovskite QDs）：重点介绍其优异的光电性能，以及溶液法制备的多种技术，包括封端合成法、反溶剂结晶法等。分析其在制备过程中遇到的挑战，如稳定性问题，以及如何通过表面钝化和封装来改善其稳定性。 碳点（Carbon Dots）：介绍其绿色环保、成本低廉的特点，以及通过“一锅法”等简单易行的方式制备。探讨不同前驱体和反应条件对碳点光学性质的影响。 本章还将讨论不同制备方法的优缺点，包括产量、可控性、成本、环境友好性以及所得量子点的尺寸分布、形貌、光学特性等。此外，还将介绍一些新兴的制备技术，如微流控合成法、机械化学法等，以期为读者提供更全面的视角。 第三章：量子点发光材料的表征技术 本章将系统介绍用于表征量子点发光材料的关键技术。我们将详细阐述： 形貌和结构表征：透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）在观察量子点尺寸、形状和聚集态方面的应用；X射线衍射（XRD）用于分析晶体结构和尺寸。 光学性质表征：紫外-可见吸收光谱（UV-Vis Absorption Spectroscopy）用于研究量子点的吸收特性；荧光光谱（Fluorescence Spectroscopy）用于分析发射光谱、峰位、半高宽以及荧光量子产率的测量方法（如绝对量子产率法和相对量子产率法）。 表面化学表征：傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）用于分析量子点表面的配体和元素组成。 电学和光电性质表征：荧光衰减寿命测量（Fluorescence Decay Lifetime）用于研究载流子动力学；稳态和瞬态光电导测量用于评估其在器件中的电荷传输性能。 此外，本章还将讨论如何综合运用这些表征技术，全面理解量子点的结构-性能关系，为材料优化和器件设计提供指导。 第四章：量子点发光器件的基础理论与设计 本章将深入探讨量子点发光器件的设计原理和工作机制。我们将从基础的器件物理入手，讲解载流子的注入、传输、复合以及发光过程。 器件结构：介绍不同类型的量子点发光器件，包括溶液法制备的器件和真空蒸镀法制备的器件，以及它们的典型结构，如ITO/HTL/QD/ETL/Cathode等。 载流子注入与传输：分析电极材料、有机层（空穴传输层HTL、电子传输层ETL）对载流子注入效率的影响；讨论量子点层内部的载流子扩散和迁移。 激子形成与辐射复合：讲解电注入是如何形成激子，以及不同类型的复合机制（如单激子复合、双激子复合）。 发光效率：分析限制器件发光效率的因素，包括内部量子效率（IQE）、俄歇复合、三重态激子淬灭以及光提取效率等。 器件性能参数：介绍评价器件性能的关键指标，如亮度、效率（电流效率、功率效率、外部量子效率EQE）、色坐标、寿命等。 器件设计策略：探讨如何通过优化材料选择、器件结构、界面工程以及提高载流子平衡性来提升器件性能。 第五章：量子点发光显示器 本章将重点介绍量子点技术在显示领域的应用。 量子点增强膜（QDEF）技术：详细介绍QDEF的工作原理，如何利用量子点的窄带发射光谱来改善LED背光源的色域和能效。分析不同颜色（红、绿）量子点薄膜的设计和制备。 量子点LED（QLED）：介绍自发光的QLED器件，包括溶液法制备的QLED和真空蒸镀法制备的QLED。分析其在色彩纯度、亮度、响应速度、功耗等方面的优势。 器件结构与制备：详细介绍QLED的器件结构，如ITO/HTL/QD/ETL/Cathode等，并探讨不同材料的选择和制备工艺对器件性能的影响。 色彩调控与一致性：讨论如何通过精确控制量子点尺寸和形貌来获得精准的色彩，以及如何实现大规模生产中的色彩一致性。 驱动与控制电路：简要介绍QLED器件的驱动方式和控制策略。 市场应用与发展趋势：分析量子点显示器在高端电视、智能手机、电脑显示器等市场的应用现状，并展望其未来发展趋势，如柔性显示、透明显示等。 第六章：量子点照明 本章将探讨量子点在固态照明领域的应用。 高显色指数（CRI）的量子点LED照明：解释为何LED照明需要高CRI，以及量子点如何通过其可调谐的窄带发射光谱来模拟自然光，实现高CRI。 暖白光和冷白光的实现：介绍如何通过组合不同尺寸的量子点或与荧光粉混合来获得所需的色温和CRI。 量子点作为荧光粉的优势：与其他传统荧光粉相比，量子点具有更高的量子效率、更窄的发射光谱，有助于减少光衰减和提高能效。 器件结构与性能：讨论用于照明的量子点器件的结构设计，包括芯片封装、光管理等。分析其在亮度、效率、色温稳定性、寿命等方面的表现。 节能与环保：阐述量子点照明技术在节能减排和提升照明品质方面的潜力。 未来发展方向：展望量子点在智能照明、生物照明等领域的应用前景。 第七章：量子点在其他光电器件中的应用 本章将拓展量子点在其他重要光电器件中的应用。 量子点太阳能电池（QDSCs）：介绍量子点作为光吸收材料在太阳能电池中的应用。分析量子点的宽光谱吸收能力和高光电转换效率的潜力。讨论不同类型的QDSCs，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）中的量子点敏化、胶体量子点太阳能电池（CQDSCs）等。 量子点激光器：探讨量子点的低阈值激发、窄带发射和高光子增益特性在激光器领域的应用。介绍溶液法制备的量子点激光器和集成在半导体平台上的量子点激光器。 量子点光电探测器：分析量子点作为光探测器材料的优势，如快速响应、高灵敏度、宽光谱响应等。介绍基于量子点的光电二极管、光电传感器等。 量子点在生物医学领域的应用：简要介绍量子点在生物成像（如荧光标记）、生物传感、药物输送等方面的应用，虽然与本章主题“光电器件”有所区别，但其发光特性是其生物应用的基础，故在此提及。 新兴应用：简要介绍量子点在光通信、非线性光学等前沿领域的探索性应用。 第八章：量子点发光材料与器件的挑战与展望 本章将总结量子点发光材料与器件当前面临的挑战，并展望未来的发展方向。 稳定性问题：讨论量子点在空气、光照、湿度等条件下的稳定性问题，特别是钙钛矿量子点的稳定性。分析提高稳定性的方法，如表面钝化、封装技术、引入稳定的配体等。 成本与规模化生产：分析目前量子点材料和器件制备成本较高的问题，探讨如何降低成本，实现大规模、低成本的生产。 环境与毒性问题：讨论含镉量子点对环境和人体健康的影响，以及开发无镉、无铅等环境友好型量子点的必要性。 器件效率与寿命的提升：分析如何进一步提高器件的内外量子效率、延长器件工作寿命，以满足商业化需求。 新材料与新结构的设计：展望新型量子点材料的开发，如近红外量子点、量子点复合材料等，以及更先进的器件结构设计。 跨领域融合与协同发展：探讨量子点技术与其他学科（如纳米技术、材料科学、信息技术、生物技术）的交叉融合，以催生新的应用和技术突破。 本书旨在为量子点发光材料和器件的研究人员、工程师以及相关领域的学生提供一本系统、深入的参考书。通过对量子点发光材料的基础理论、制备方法、表征技术，以及在各类光电器件中的应用进行全面深入的阐述，期望能推动该领域的研究和技术进步。

评分☆☆☆☆☆

刚翻开《半导体化合物光电器件制备》这本书，我就被它严谨而不失生动的风格所吸引。我一直对光电转换的过程非常着迷，但很少有机会能深入了解其背后的制备工艺。《半导体化合物光电器件制备》这本书恰好填补了这个空白。它不仅仅是简单地罗列各种制备方法，而是深入分析了每种方法的原理、优缺点以及适用范围。我特别赞赏书中对“材料特性与器件性能关系”的探讨。作者详细解释了为什么某些化合物半导体材料更适合用于发光二极管（LED）、太阳能电池或光电探测器，并结合具体的实验数据，说明了材料的带隙、载流子迁移率、光学吸收系数等关键参数如何直接影响器件的性能指标，如发光效率、光电转换效率和响应速度。书中对“缺陷控制”和“界面工程”的论述更是让我茅塞顿开，深刻理解了材料内部和界面上的微小差异，是如何放大并最终决定器件的可靠性和寿命。阅读过程中，我仿佛看到了一位经验丰富的导师，在耐心地指导我如何一步步打造出高性能的光电器件，让我对这个领域的专业知识有了更系统、更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体化合物光电器件制备》真是让我大开眼界，虽然我对具体材料的物理化学性质了解不多，但书中对整个制备流程的细腻描绘，仿佛把我带入了实验室，亲眼见证着那些微小的、充满能量的器件是如何一步步成型的。从前处理的精细到薄膜生长的严谨，再到器件结构的构建，每一个环节都充满了科学的智慧和工艺的挑战。特别是对不同生长技术，比如MBE和MOCVD的对比介绍，让我对这些看似高深的技术有了更直观的认识。作者并没有沉溺于枯燥的理论推导，而是用大量图表和实例，生动地展示了参数优化对器件性能的影响。我尤其对书中关于表面形貌控制和界面工程的部分印象深刻，这部分详细讲解了如何通过精细调控，避免缺陷的产生，从而最大化器件的效率和稳定性，这对于理解光电器件的性能瓶颈非常有帮助。读完这部分，我才意识到，看似简单的光电器件，背后是无数科学家和工程师在材料、结构、工艺上的不懈探索和协同努力。即使是我的非专业背景，也能感受到其中蕴含的深厚技术底蕴和前沿研究方向，让我对半导体化合物光电器件的制造过程充满了敬意。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我并非半导体领域的专业人士，当初选择这本书，纯粹是出于对“光电器件”这个词汇的好奇。我原本以为会看到大量晦涩难懂的物理公式和电子电路图，但《半导体化合物光电器件制备》给我的惊喜远不止于此。书中以一种非常“工程师”的视角，系统地梳理了从材料选择到最终器件封装的每一个环节。它详细阐述了不同化合物半导体材料（如III-V族和II-VI族）的特性及其在光电器件中的应用优势，并着重介绍了各种薄膜制备技术，如外延生长（MBE、MOCVD）、化学气相沉积（CVD）以及物理气相沉积（PVD）等。书中的图文并茂，大量使用流程图、示意图和显微照片，直观地展示了材料的微观结构和器件的宏观形貌。特别让我印象深刻的是关于“器件设计”的部分，书中不仅讲解了如何根据应用需求选择合适的材料体系，还探讨了如何优化器件结构，例如P-N结的掺杂浓度、结深，以及如何通过引入异质结来改善载流子输运和光电转换效率。这些内容虽然专业，但作者的讲解逻辑清晰，层层递进，让我在不知不觉中理解了这些复杂的技术细节。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得光电器件是个相当神秘的领域，听名字就觉得离我很遥远，但这本书的叙述方式却出乎意料的接地气。它不像我之前读过的那些理论书，上来就是一大堆公式和方程，而是更侧重于“怎么做”。书中对各种制备过程的细节描述，比如金属掩膜的制作、刻蚀的参数控制、钝化层的选择等等，都非常详细，甚至可以说是手把手教学的级别。我特别喜欢书中关于“优化”的章节，作者通过分析各种工艺参数对器件性能的影响，给出了许多实用的建议，例如如何通过调整退火温度来改善接触电阻，或者如何通过选择合适的钝化材料来降低漏电流。这些都是工程师在实际工作中会遇到的问题，而书中给出的解答，既有理论依据，又有实践经验。读完这部分，我感觉自己仿佛拥有了一套“工具箱”，里面装满了解决光电器件制备过程中各种疑难杂症的“法宝”。即使我不是直接操作这些设备的人，也能体会到其中精益求精的工匠精神，以及科学家们为了提升器件性能所付出的艰辛努力。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体化合物光电器件制备》的深度和广度让我感到惊叹。它并非仅仅停留在基础的理论层面，而是将理论知识与实际的工艺制备紧密结合。书中对各种先进的制备技术，例如原子层沉积（ALD）和纳米压印技术等，都进行了详细的介绍，并分析了它们在提升器件性能和实现小型化、集成化方面的潜力。我尤其被书中关于“良率控制”和“可靠性测试”的内容所吸引。作者深入剖析了在规模化生产过程中可能遇到的各种挑战，如批次稳定性、环境影响以及长期工作下的性能衰减等，并提出了相应的解决方案和测试方法。这部分内容对于理解如何将实验室的科研成果转化为成熟的产品至关重要。书中还探讨了未来光电器件的发展趋势，例如柔性光电器件、可穿戴设备中的集成式光电器件以及生物光电器件等，这些前沿的研究方向极大地拓展了我的视野，让我看到了半导体化合物光电器件无限的可能性。即使我不是直接从事这项研究的专家，也能感受到其中蕴含的巨大创新潜力和广阔的应用前景。