纳米半导体材料与器件
作者：肖奇 编著
出版时间：2013年版
内容简介
纳米半导体具有常规半导体无法媲美的奇异特性和非凡的特殊功能，在信息、能源、环境、传感器、生物等诸多领域具有空前的应用前景，成为新兴纳米产业，如纳米信息产业、纳米环保产业、纳米能源产业、纳米传感器以及纳米生物技术产业等高速发展的源泉与动力。本书力求以最新内容，全面、系统阐述纳米半导体特殊性能及其在信息（纳米光电子、纳米电子学）、能源、环境、传感器技术以及生物技术领域中的应用，反映当前纳米半导体材料与器件研究国际上最新成果与技术。本书可作为广大材料科学与工程、凝聚态物理、微电子学与固体电子学等相关专业的本科生、研究生教学参考书，也可供从事纳米半导体科研、开发、教学的研究人员和工程技术人员使用和参考。
目录
第1章绪论/ 1
1?1纳米半导体材料的定义1
1?2纳米半导体材料的基本特性1
1?2?1量子尺寸效应2
1?2?2小尺寸效应2
1?2?3表面与界面效应3
1?2?4量子隧穿效应4
1?2?5库仑阻塞效应4
1?2?6量子干涉效应5
1?2?7二维电子气和量子霍耳效应5
1?3纳米半导体材料的特殊性质6
1?3?1光学特性6
1?3?2光催化特性7
1?3?3光电转换特性8
1?3?4电学特性8
1?3?5表面活性与敏感特性9
1?4纳米半导体技术对各个领域的影响9
1?4?1纳米电子学与纳米半导体电子器件9
1?4?2纳米半导体光电子器件10
1?4?3纳米能源技术12
1?4?4环境纳米技术13
1?4?5纳米传感技术14
1?4?6纳米生物技术14
参考文献15
第2章低维纳米半导体激光器材料与器件/ 16
2?1半导体激光器发展的简要回顾16
2?1?1三维同质、异质结构的半导体激光器16
2?1?2二维量子阱结构的半导体激光器17
2?1?3一维量子线、零维量子点半导体激光器18
2?2半导体激光器基础18
2?2?1态密度和量子限制效应18
2?2?2光吸收、联合态密度、准费米能级和粒子数分布反转18
2?2?3载流子和光波的限制19
2?2?4激光阈值条件20
2?2?5半导体激光器主要性能参数及其表征20
2?3紫外至可见光量子阱激光器材料20
2?3?1GaN基激光器材料与器件21
2?3?2AlGaInP红光激光器材料与器件27
2?4近红外波段量子阱激光器材料27
2?4?1短波长AlGaAs/GaAs激光器材料27
2?4?2长波长InP基激光器材料28
2?4?3980nm InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料28
2?52～3μm中红外波段量子阱激光器材料29
2?5?1GaInAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料29
2?5?2InGaAs/InGaAsP应变量子阱激光器材料29
2?6中远红外量子级联激光器材料29
2?6?1量子级联激光器的发展现状与趋势29
2?6?2量子级联激光器的工作原理32
2?6?3量子级联激光器的结构与特性38
2?7紫外波段氧化锌量子线阵列激光器45
2?7?1纳米氧化锌激子发光理论46
2?7?2氧化锌量子线阵列的外延生长46
2?7?3氧化锌量子线阵列的激光发射49
参考文献52
第3章纳米电子材料和器件/ 57
3?1从微电子学到纳米电子学57
3?1?1微电子器件发展的摩尔定律57
3?1?2纳米电子学的诞生58
3?1?3纳米电子学的研究基础59
3?2纳米电子材料和器件61
3?2?1纳米电子材料及其应用61
3?2?2电子器件的发展61
3?2?3纳米电子器件及其研究内容62
3?3纳米硅基CMOS器件63
3?3?1硅基MOS集成电路技术步入纳米尺度63
3?3?2纳米CMOS器件面临的挑战63
3?3?3纳米硅基CMOS器件结构64
3?3?4纳米体硅CMOS器件工艺68
3?3?5纳米体硅CMOS器件的量子效应70
3?3?6新型CMOS器件及其集成技术71
3?4固态纳米电子器件74
3?4?1量子电子器件的基本类型及其特征74
3?4?2共振隧穿器件74
3?4?3单电子器件78
3?4?4碳纳米管互连及其场效应晶体管83
参考文献95
第4章纳米半导体气敏传感器/ 99
4?1半导体气敏传感器分类99
4?1?1气敏传感器的应用与分类99
4?1?2半导体气敏传感器的分类99
4?2半导体气敏传感器的结构和工作原理100
4?2?1半导体气敏传感器的结构100
4?2?2半导体气敏传感器的工作原理101
4?3纳米SnO2薄膜气敏传感器101
4?3?1纳米SnO2薄膜气敏传感器102
4?3?2掺杂纳米SnO2薄膜气敏传感器103
4?3?3多组分氧化物复合的纳米SnO2薄膜气敏传感器106
4?4新型纳米半导体气敏材料与传感器106
4?4?1纳米In2O3气敏传感器106
4?4?2纳米NiO气敏传感器109
4?4?3纳米ZnO气敏传感器110
4?4?4纳米TiO2气敏传感器117
4?4?5尖晶石型铁酸盐（MFe2O4）纳米材料气敏传感器119
4?4?6纳米铜氧化物气敏传感器121
4?4?7纳米WO3气敏传感器124
4?4?8纳米ZnS气敏传感器128
参考文献130
第5章基于半导体纳米材料的染料敏化太阳能电池/ 134
5?1染料敏化太阳能电池概况134
5?1?1太阳能电池的发展现状与新方向134
5?1?2染料敏化太阳能电池特点及产业化前景135
5?2染料敏化太阳能电池的结构组成136
5?2?1纳米结构的光阳极136
5?2?2电解质体系137
5?2?3染料敏化剂137
5?2?4对电极137
5?3染料敏化太阳能电池的工作原理137
5?3?1半导体?溶液界面137
5?3?2染料敏化半导体表面以及光诱导电荷分离138
5?3?3染料敏化太阳能电池工作原理139
5?4基于TiO2纳米结构光阳极的染料敏化太阳能电池141
5?4?1染料敏化TiO2太阳能电池的发展概况141
5?4?2多孔TiO2纳米晶薄膜DSC141
5?4?3一维TiO2纳米结构染料敏化太阳能电池142
5?4?4TiO2核壳纳米结构DSC153
5?4?5TiO2量子点敏化纳米结构DSC155
5?5基于ZnO纳米结构光阳极的染料敏化太阳能电池163
5?5?1染料敏化ZnO太阳能电池的发展历史163
5?5?2ZnO纳米晶粒薄膜DSC163
5?5?3ZnO纳米线DSC164
参考文献171
第6章纳米半导体光催化材料与光催化技术/ 175
6?1光催化技术应用175
6?1?1光催化在环境治理方面的应用175
6?1?2光催化分解水制氢175
6?1?3光催化抗菌176
6?1?4光催化提取贵金属176
6?1?5光催化化学合成176
6?2纳米半导体光催化的基本原理177
6?2?1带隙激发177
6?2?2去活化过程178
6?2?3半导体光催化反应机理179
6?2?4反应过程动力学180
6?3TiO2微纳米空心球181
6?3?1模板法制备中空TiO2微球181
6?3?2在离子液体中制备TiO2空心球191
6?3?3利用Ostwald生长机理制备TiO2空心球192
6?4TiO2介孔材料194
6?4?1溶胶?凝胶法制备介孔TiO2纳米材料194
6?4?2超声水解法制备介孔TiO2纳米材料196
6?4?3水热法制备介孔TiO2纳米材料197
6?4?4蒸发诱导自组装法制备介孔TiO2纳米材料201
6?5分级纳米结构半导体光催化材料207
6?5?1分级结构钨酸铋纳米材料207
6?5?2钛酸铋钠分级结构纳米材料211
6?5?3金属硫化物固溶体纳米棒自组装的分级纳米结构光催化材料212
参考文献213
第7章荧光量子点纳米探针及其在生物医学领域的应用/ 216
7?1生物标记技术216
7?1?1生物标记和标记物216
7?1?2免疫生物标记217
7?1?3纳米粒子和生物标记217
7?2量子点荧光纳米探针的构建218
7?2?1荧光量子点的基本特性218
7?2?2荧光量子点的合成220
7?2?3荧光量子点的表面修饰230
7?3量子点在生物医学领域的应用245
7?3?1量子点应用于细胞成像及活细胞动态过程的实时示踪245
7?3?2量子点应用于活体动物标记成像246
7?3?3量子点在微生物检测中的应用249
7?3?4量子点在生物大分子相互作用及相互识别中的应用250
参考文献251
