半導體科學與技術叢書 硅光子學
作者：余金中 著
出版時間：2011年版
內容簡介
光子學是一門研究光子的產生和運動特性、光子同物質的相互作用及其應用的前沿學科，硅光子學專門研究硅以及硅基異質結材料（諸如sige／si、soi等）等介質材料中光子的行為和規律，著重研究硅基光子器件的工作原理、結構設計與制造以及在光通信、光計算等領域中的實際應用．《硅光子學》共19章，分別介紹硅基光子學基礎、應用和發展趨勢；硅基異質結構和量子結構的物理性質、制備方法；硅基光子器件，包括硅基發光器件、探測器、光波導器件；硅基光子晶體、硅基光電子集成、硅基光？連以及硅基太陽能電池．《硅光子學》可以作為高等院校高年級本科生和研究生的教材和參考書，也可作為半導體光子學、光電集成、光電子器件、信息網絡系統、計算機光互連及相關技術領域的科研人員、工程技術人員的參考書．
目錄
序
前言
第1章 引言
1.1 信息時代的前沿學科——光子學
1.2 硅電子學的發展和硅光子學的誕生
1.3 硅光子學——高科技的焦點
1.4 本書的內容
參考文獻
第2章 硅鍺的材料性質
2.1 引言
2.2 Si、Ge的晶體性質
2.2.2 晶格常數
2.2.3Si1-xGex的晶格失配和臨界厚度
2.3 能帶結構
2.3.1 Si的能帶結構
2.3.2Si1-xGex的能帶結構
2.3.3Si1-xGex量子結構和超晶格
2.4Si1-xGex的電學性質
2.4.1Si1-xGex的載流子遷移率
2.4.2Si1-xGex/Si和Si1-xGex/Ge中的二維載流子
2.5Si1-xGex的光學性質
2.5.1Si1-xGex的折射率
2.5.2Si1-xGex的吸收系數
2.5.3Si1-xGex的光熒光譜
2.5.4Si1-xGex的Raman光譜
2.6弛豫Si1-xGex合金的物理參數
2.7 結束語
參考文獻
第3章 硅基光子材料的外延生長
3.1 引言
3.2分子束外延技術生長Si1-xGex材料
3.2.1 分子束外延技術簡介
3.2.2MBe外延生長Si1-xGex材料
3.3 UHV/CVD系統
3.4 UHV/CVD材料生長動力學
3.4.1 Si/Si同質結外延
3.4.2Si1-xGex/Si異質結外延
3.5 UHV/CVD外?生長Ge、GeSi和SiGeSn
3.5.1 UHV/CVD生長Ge
3.5.2UHV/CVD低溫外延生長Si1-xGex
3.5.3UHV/CVD外延生長SiGeSn
3.6 結束語
參考文獻
第4章 SOI材料的性質及應用
4.1 引言
4.2 SOI的制備方法
4.2.1 鍵合-背面腐蝕技術
4.2.2 注氧隔離技術
4.2.3 注氫智能剝離技術
4.2.4 注氧鍵合技術
4.2.5 SOI制備方法的比較
4.3 SOI材料的表征技術
4.3.1 SOI材料的晶體質量
4.3.2SOI材料的載流子壽命和表面復合
4.4 SOI的應用與發展趨勢
4.4.1 SOI CMOS電路
4.4.2 SOI MOSFET技術
4.4.3SOI在微電子領域的應用及市場概況
4.4.4 SOI技術的發展趨勢
4.4.5 SOI光子集成技術
參考文獻
第5章 硅基發光材料與器件
5.1 硅基材料發光機理
5.1.1 半導體材料發光機理
5.1.2硅基摻雜分立發光中心發光機理
5.2 硅基發光
5.2.1 硅納米結構發光
5.2.2 體硅發光材料與器件
5.2.3稀土離子摻雜硅基發光材料與器件
5.2.4 硅基等電子發光材料與器件
5.2.5Ge/Si量子結構及布里淵區折疊
5.3 結束語
參考文獻
第6章 硅基光放大器和激光器
6.1 硅基納米結構的光增益與激光器
6.1.1 硅基納米結構光增益與激射
6.1.2局域化硅納米晶體受限量子結構電注入受激發射
6.2 硅基摻鉺光放大器和激光器
6.3 硅基拉曼激光器
6.4 硅基等電子缺陷發光光泵激射器件
6.5 硅基異質結構混合型激光器
6.5.1AlGaInAs/Si混合型激光器
6.5.2硅基Si1-xGex/Si異質結結構激射器件
6.5.3硅鍺MOS結構電注入激射器件
6.6 硅基激光器發展前景
參考文獻
第7章 硅基量子級聯和太赫茲激光器
7.1Si/Si1-xGex量子級聯激光器的能帶計算
7.1.1k·p方法計算Si/Si1-xGex量子阱的空穴能級
7.1.2中遠紅外(太赫茲)Si/Si1-xGex量子級聯激光器的能帶設計
7.2Si/Si1-xGex量子級聯激光器的增益和損耗
7.2.1Si/Si1-xGex量子級聯激光器的增益系數
7.2.2Si/Si1-xGex量子級聯激光器的波導和損耗
7.3Si/Si1-xGex量子級聯結構的外延生長和表征
7.4Si/Si1-xGex量子級聯激光器的光電特性
7.5 結束語
參考文獻
第8章 硅基光電探測器
8.1 硅探測器工作原理
8.1.1 硅PIN光電二極管
8.1.2 硅MSM光電二極管
8.1.3 光電探測器的性能參數
8.2Si1-xGex垂直結構PIN光電二極管
8.3RCESi1-xGex/Si多量子阱光電二極管
8.3.1 共振腔探測器自洽解析理論
8.3.2 硅基共振腔的制備
8.3.3Si1-xGex/Si MQWRCE光電探測器的制備
8.3.4 RCe探測器的特性
8.4 Si基Ge光電二極管
8.4.1 硅基Ge材料外延技術
8.4.2 Si基Ge探測器
8.5 硅基Ⅲ-Ⅴ族化合物光電二極管
8.6 結束語
參考文獻
第9章 硅基光波導
9.1 光波導中的模式
9.2 脊形波導單模條件
9.2.1SOI矩形截面脊形波導的單模條件
9.2.2SOI梯形截面脊形波導的單模條件
9.3 單模條件的計算方法
9.3.1 束傳播法(BPM)
9.3.2時域有限差分法(FDTD)
9.3.3 薄膜匹配法(FMM)
9.4 光波導的損耗
9.4.1 截?法
9.4.2 F-P腔光譜分析法
9.4.3 傅里葉譜分析方法
9.5 結束語
參考文獻
第10章 硅基微納光波導調制器
10.1 硅基微納光波導的模式特性
10.1.1 硅基一維限制平板波導
10.1.2 條形波導和脊形波導
10.2 硅基微納光波導的損耗
10.3 硅基微納光波導的偏振相關性
10.4 硅基微納光波導的調制
10.4.1 光波的調制
10.4.2 硅的光調制機理
10.5 硅基微納光波導調制器的結構
10.5.1硅基微納光波導調制器的電學結構
10.5.2硅基微納光波導調制器的光學結構
10.6 硅基微納光波導調制器進展
10.7 結束語
參考文獻
第11章 硅基微環諧振器
11.1 微環諧振器的工作原理
11.1.1 單個微環
11.1.2 級聯微環
11.2 微環諧振器的光學性質
11.2.1 振幅特性
11.2.2 相位特性
11.3 微環諧振器的設計
11.3.1 波導的設計
11.3.2 耦合器的設計
11.3.3 內損耗的估算
11.4 微環諧振器的制備與測試
11.4.1 工藝流程
11.4.2 電子束光刻
11.4.3 干法刻蝕工藝
11.4.4 氧化硅生長技術
11.4.5 微環諧振器的測試
11.5 SOI微環諧振器的應用
11.5.1 光濾波器
11.5.2 非線性光學器件
11.5.3 光延時線與光緩存
11.6 發展趨勢
參考文獻
第12章 硅基光波導開關陣列
12.1 硅基光波導開關的工作原理
12.2 硅基光波導開關陣列的拓撲結構
12.2.1完全無阻塞型光波導開關陣列
12.2.2重排無阻塞型光波導開關陣列
12.2.3 阻塞型光開關陣列
12.3 器件參數與熱光效應
12.4 器件的模擬分析與優化
12.5 硅基光開關陣列的性能
12.6 結束語
參考文獻
第13章 硅基陣列波導光柵
13.1 陣列波導光柵的工作原理
13.2 AWG的器件參數和設計
13.3 AWG的計算機模擬
13.4 AWG性能的優化
13.5 AWG的制備
13.6 AWG的特性和應用
參考文獻
第14章 硅基光耦合器
14.1 引言
14.2 模?變換器
14.2.1 正向楔形模斑變換器
14.2.2 反向楔形模斑變換器
14.2.3 狹縫式模斑變換器
14.3 棱鏡耦合器
14.3.1 反向棱鏡耦合器
14.3.2 折射率漸變半透鏡耦合器
14.4 光柵耦合器
14.4.1 垂直型光柵耦合器
14.4.2 水平雙光柵耦合器
14.5 結束語
參考文獻
第15章 硅基光子晶體
15.1 引言
15.2 光子晶體的理論
15.2.1基于Bloch理論的平面波展開法
15.2.2 超元胞方法
15.2.3 有限時域差分法
15.2.4 計算舉例:負折射效應
15.3 硅基光子晶體的制備
15.3.1 三維硅基光子晶體的制備
15.3.2 二維硅基光子晶體的制備
15.3.3二維硅基光子晶體器件設計與應用
15.4 結束語
參考文獻
第16章 硅基光互連
16.1 引言
16.2 微電芯片中的互連技術
16.2.1 電互連技術的特點
16.2.2 光互連的優勢
16.2.3 實現光互連的方式
16.3 硅基片上光互連
16.3.1 硅作為光子學材料的優勢
16.3.2硅基光互連系統中的關鍵器件
16.4 片上?互連技術
16.4.1 片上光學時鐘網絡
16.4.2 片上光學數據總線
16.4.3 片上光學網絡
16.5 結束語
參考文獻
第17章 硅基慢光器件
17.1 引言
17.2 慢光基礎
17.2.1 基本概念
17.2.2 基于材料色散的慢光
17.2.3 基于波導色散的慢光
17.2.4 延遲、帶寬與損耗
17.3 硅基波導慢光器件
17.3.1 硅基微環諧振腔中的慢光
17.3.2 硅基光子晶體慢光
17.4 慢光的應用
17.5 結束語
參考文獻
第18章 硅基光子集成
18.1 引言
18.2 單片硅基光子集成
18.2.1 硅基光子集成回路
18.2.2硅基光子集成模塊及其應用
18.2.3單片硅基光子集成的發展方向
18.3 混合硅基光子集成
18.3.1 混合集成技術的主要進展
18.3.2 硅基光子集成的制作因素
18.4 硅基光子集成的未來
參考文獻
第19章 硅基太陽能電池
19.1 太陽能電池工作原理
19.1.1 半導體pn結光伏效應
19.1.2光伏參數與材料性質的關系
19.1.3單帶隙半導體太陽能電池的極限效率
19.1.4 光伏效應的起源
19.2 晶體硅太陽能電池
19.2.1 晶體硅電池效率的進展
19.2.2 晶體硅電池的研發動向
19.3 非晶硅基薄膜太陽能電池
19.3.1非晶硅基薄膜材料的結構和電子態
19.3.2非晶硅基薄膜材料的光致變化和抑制途徑
19.3.3非晶硅和?晶鍺硅單結電池
19.3.4非晶硅/非晶鍺硅疊層電池
19.4 微晶硅太陽能電池
19.4.1 微晶硅及納米硅薄膜材料
19.4.2 非晶硅/微晶硅疊層電池
19.5 多晶硅薄膜太陽電池
19.6 第三代硅基薄膜太陽能電池
19.6.1 全硅三結疊層電池
19.6.2 硅量子點電池
19.6.3 黑硅電池
參考文獻
《半導體科學與技術叢書》已出版書目
