硅光子學(xué)

序
前言
第1章 引言
    1.1 信息時(shí)代的前沿學(xué)科——光子學(xué)
    1.2 硅電子學(xué)的發(fā)展和硅光子學(xué)的誕生
    1.3 硅光子學(xué)——高科技的焦點(diǎn)
    1.4 本書(shū)的內(nèi)容
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第2章 硅鍺的材料性質(zhì)
    2.1 引言
    2.2 Si、Ge的晶體性質(zhì)
        2.2.2 晶格常數(shù)
        2.2.3Si_1-xGe_x的晶格失配和臨界厚度
    2.3 能帶結(jié)構(gòu)
        2.3.1 Si的能帶結(jié)構(gòu)
        2.3.2Si_1-xGe_x的能帶結(jié)構(gòu)
        2.3.3Si_1-xGe_x量子結(jié)構(gòu)和超晶格
    2.4Si_1-xGe_x的電學(xué)性質(zhì)
        2.4.1Si_1-xGe_x的載流子遷移率
        2.4.2Si_1-xGe_x/Si和Si_1-xGe_x/Ge中的二維載流子
    2.5Si_1-xGe_x的光學(xué)性質(zhì)
        2.5.1Si_1-xGe_x的折射率
        2.5.2Si_1-xGe_x的吸收系數(shù)
        2.5.3Si_1-xGe_x的光熒光譜
        2.5.4Si_1-xGe_x的Raman光譜
    2.6弛豫Si_1-xGe_x合金的物理參數(shù)
    2.7 結(jié)束語(yǔ)
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第3章 硅基光子材料的外延生長(zhǎng)
    3.1 引言
    3.2分子束外延技術(shù)生長(zhǎng)Si_1-xGe_x材料
        3.2.1 分子束外延技術(shù)簡(jiǎn)介
        3.2.2MBe外延生長(zhǎng)Si_1-xGe_x材料
    3.3 UHV/CVD系統(tǒng)
    3.4 UHV/CVD材料生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)
        3.4.1 Si/Si同質(zhì)結(jié)外延
        3.4.2Si_1-xGe_x/Si異質(zhì)結(jié)外延
    3.5 UHV/CVD外?生長(zhǎng)Ge、GeSi和SiGeSn
        3.5.1 UHV/CVD生長(zhǎng)Ge
        3.5.2UHV/CVD低溫外延生長(zhǎng)Si_1-xGe_x
        3.5.3UHV/CVD外延生長(zhǎng)SiGeSn
    3.6 結(jié)束語(yǔ)
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第4章 SOI材料的性質(zhì)及應(yīng)用
    4.1 引言
    4.2 SOI的制備方法
        4.2.1 鍵合-背面腐蝕技術(shù)
        4.2.2 注氧隔離技術(shù)
        4.2.3 注氫智能剝離技術(shù)
        4.2.4 注氧鍵合技術(shù)
        4.2.5 SOI制備方法的比較
    4.3 SOI材料的表征技術(shù)
        4.3.1 SOI材料的晶體質(zhì)量
        4.3.2SOI材料的載流子壽命和表面復(fù)合
    4.4 SOI的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)
        4.4.1 SOI CMOS電路
        4.4.2 SOI MOSFET技術(shù)
        4.4.3SOI在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用及市場(chǎng)概況
        4.4.4 SOI技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
        4.4.5 SOI光子集成技術(shù)
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第5章 硅基發(fā)光材料與器件
    5.1 硅基材料發(fā)光機(jī)理
        5.1.1 半導(dǎo)體材料發(fā)光機(jī)理
        5.1.2硅基摻雜分立發(fā)光中心發(fā)光機(jī)理
    5.2 硅基發(fā)光
        5.2.1 硅納米結(jié)構(gòu)發(fā)光
        5.2.2 體硅發(fā)光材料與器件
        5.2.3稀土離子摻雜硅基發(fā)光材料與器件
        5.2.4 硅基等電子發(fā)光材料與器件
        5.2.5Ge/Si量子結(jié)構(gòu)及布里淵區(qū)折疊
    5.3 結(jié)束語(yǔ)
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第6章 硅基光放大器和激光器
    6.1 硅基納米結(jié)構(gòu)的光增益與激光器
        6.1.1 硅基納米結(jié)構(gòu)光增益與激射
        6.1.2局域化硅納米晶體受限量子結(jié)構(gòu)電注入受激發(fā)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(fā)光光泵激射器件
    6.5 硅基異質(zhì)結(jié)構(gòu)混合型激光器
        6.5.1AlGaInAs/Si混合型激光器
        6.5.2硅基Si_1-xGe_x/Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)激射器件
        6.5.3硅鍺MOS結(jié)構(gòu)電注入激射器件
    6.6 硅基激光器發(fā)展前景
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第7章 硅基量子級(jí)聯(lián)和太赫茲激光器
    7.1Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)激光器的能帶計(jì)算
        7.1.1k·p方法計(jì)算Si/Si_1-xGe_x量子阱的空穴能級(jí)
        7.1.2中遠(yuǎn)紅外(太赫茲)Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)激光器的能帶設(shè)計(jì)
    7.2Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)激光器的增益和損耗
        7.2.1Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)激光器的增益系數(shù)
        7.2.2Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)激光器的波導(dǎo)和損耗
    7.3Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)和表征
    7.4Si/Si_1-xGe_x量子級(jí)聯(lián)激光器的光電特性
    7.5 結(jié)束語(yǔ)
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第8章 硅基光電探測(cè)器
    8.1 硅探測(cè)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(cè)器的性能參數(shù)
    8.2Si_1-xGe_x垂直結(jié)構(gòu)PIN光電二極管
    8.3RCESi_1-xGe_x/Si多量子阱光電二極管
        8.3.1 共振腔探測(cè)器自洽解析理論
        8.3.2 硅基共振腔的制備
        8.3.3Si_1-xGe_x/Si MQWRCE光電探測(cè)器的制備
        8.3.4 RCe探測(cè)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(shù)
        8.4.2 Si基Ge探測(cè)器
    8.5 硅基Ⅲ-Ⅴ族化合物光電二極管
    8.6 結(jié)束語(yǔ)
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第9章 硅基光波導(dǎo)
    9.1 光波導(dǎo)中的模式
    9.2 脊形波導(dǎo)單模條件
        9.2.1SOI矩形截面脊形波導(dǎo)的單模條件
        9.2.2SOI梯形截面脊形波導(dǎo)的單模條件
    9.3 單模條件的計(jì)算方法
        9.3.1 束傳播法(BPM)
        9.3.2時(shí)域有限差分法(FDTD)
        9.3.3 薄膜匹配法(FMM)
    9.4 光波導(dǎo)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(jié)束語(yǔ)
    參考文獻(xiàn)
第10章 硅基微納光波導(dǎo)調(diào)制器
    10.1 硅基微納光波導(dǎo)的模式特性
        10.1.1 硅基一維限制平板波導(dǎo)
        10.1.2 條形波導(dǎo)和脊形波導(dǎo)
    10.2 硅基微納光波導(dǎo)的損耗
    10.3 硅基微納光波導(dǎo)的偏振相關(guān)性
    10.4 硅基微納光波導(dǎo)的調(diào)制
        10.4.1 光波的調(diào)制
        10.4.2 硅的光調(diào)制機(jī)理
    10.5 硅基微納光波導(dǎo)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)
        10.5.1硅基微納光波導(dǎo)調(diào)制器的電學(xué)結(jié)構(gòu)
        10.5.2硅基微納光波導(dǎo)調(diào)制器的光學(xué)結(jié)構(gòu)
    10.6 硅基微納光波導(dǎo)調(diào)制器進(jìn)展
    10.7 結(jié)束語(yǔ)
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第11章 硅基微環(huán)諧振器
    11.1 微環(huán)諧振器的工作原理
        11.1.1 單個(gè)微環(huán)
        11.1.2 級(jí)聯(lián)微環(huán)
    11.2 微環(huán)諧振器的光學(xué)性質(zhì)
        11.2.1 振幅特性
        11.2.2 相位特性
    11.3 微環(huán)諧振器的設(shè)計(jì)
        11.3.1 波導(dǎo)的設(shè)計(jì)
        11.3.2 耦合器的設(shè)計(jì)
        11.3.3 內(nèi)損耗的估算
    11.4 微環(huán)諧振器的制備與測(cè)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(zhǎng)技術(shù)
        11.4.5 微環(huán)諧振器的測(cè)試
    11.5 SOI微環(huán)諧振器的應(yīng)用
        11.5.1 光濾波器
        11.5.2 非線(xiàn)性光學(xué)器件
        11.5.3 光延時(shí)線(xiàn)與光緩存
    11.6 發(fā)展趨勢(shì)
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第12章 硅基光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)陣列
    12.1 硅基光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的工作原理
    12.2 硅基光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        12.2.1完全無(wú)阻塞型光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)陣列
        12.2.2重排無(wú)阻塞型光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)陣列
        12.2.3 阻塞型光開(kāi)關(guān)陣列
    12.3 器件參數(shù)與熱光效應(yīng)
    12.4 器件的模擬分析與優(yōu)化
    12.5 硅基光開(kāi)關(guān)陣列的性能
    12.6 結(jié)束語(yǔ)
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第13章 硅基陣列波導(dǎo)光柵
    13.1 陣列波導(dǎo)光柵的工作原理
    13.2 AWG的器件參數(shù)和設(shè)計(jì)
    13.3 AWG的計(jì)算機(jī)模擬
    13.4 AWG性能的優(yōu)化
    13.5 AWG的制備
    13.6 AWG的特性和應(yīng)用
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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(jié)束語(yǔ)
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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(kāi)法
        15.2.2 超元胞方法
        15.2.3 有限時(shí)域差分法
        15.2.4 計(jì)算舉例:負(fù)折射效應(yīng)
    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(shè)計(jì)與應(yīng)用
    15.4 結(jié)束語(yǔ)
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第16章 硅基光互連
    16.1 引言
    16.2 微電芯片中的互連技術(shù)
        16.2.1 電互連技術(shù)的特點(diǎn)
        16.2.2 光互連的優(yōu)勢(shì)
        16.2.3 實(shí)現(xiàn)光互連的方式
    16.3 硅基片上光互連
        16.3.1 硅作為光子學(xué)材料的優(yōu)勢(shì)
        16.3.2硅基光互連系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件
    16.4 片上?互連技術(shù)
        16.4.1 片上光學(xué)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)
        16.4.2 片上光學(xué)數(shù)據(jù)總線(xiàn)
        16.4.3 片上光學(xué)網(wǎng)絡(luò)
    16.5 結(jié)束語(yǔ)
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第17章 硅基慢光器件
    17.1 引言
    17.2 慢光基礎(chǔ)
        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(dǎo)色散的慢光
        17.2.4 延遲、帶寬與損耗
    17.3 硅基波導(dǎo)慢光器件
        17.3.1 硅基微環(huán)諧振腔中的慢光
        17.3.2 硅基光子晶體慢光
    17.4 慢光的應(yīng)用
    17.5 結(jié)束語(yǔ)
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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(yīng)用
        18.2.3單片硅基光子集成的發(fā)展方向
    18.3 混合硅基光子集成
        18.3.1 混合集成技術(shù)的主要進(jìn)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(lái)
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第19章 硅基太陽(yáng)能電池
    19.1 太陽(yáng)能電池工作原理
        19.1.1 半導(dǎo)體pn結(jié)光伏效應(yīng)
        19.1.2光伏參數(shù)與材料性質(zhì)的關(guān)系
        19.1.3單帶隙半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的極限效率
        19.1.4 光伏效應(yīng)的起源
    19.2 晶體硅太陽(yáng)能電池
        19.2.1 晶體硅電池效率的進(jìn)展
        19.2.2 晶體硅電池的研發(fā)動(dòng)向
    19.3 非晶硅基薄膜太陽(yáng)能電池
        19.3.1非晶硅基薄膜材料的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)
        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(jié)電池
        19.3.4非晶硅/非晶鍺硅疊層電池
    19.4 微晶硅太陽(yáng)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(yáng)電池
    19.6 第三代硅基薄膜太陽(yáng)能電池
        19.6.1 全硅三結(jié)疊層電池
        19.6.2 硅量子點(diǎn)電池
        19.6.3 黑硅電池
    參考文獻(xiàn)
《半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)叢書(shū)》已出版書(shū)目