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內容簡介

　　《半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用》主要論述瞭半導體太赫茲（THz）輻射源與探測器的基本原理、模擬與設計、器件研製方法以及THz通信與成像應用等。
　　《半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用》共分11章，包括第1章THZ波産生、探測與應用概述；第2章THz場與低維半導體的相互作用及高場電子輸運；第3章電子學THz振蕩器與器件模擬；第4章THz半導體負有效質量振蕩器非綫性動力學；第5章THz場作用下微帶超晶格非綫性動力學；第6章石墨烯THz光電特性；第7章THz半導體量子級聯激光器；第8章THz半導體量子阱探測器；第9章THz波的傳輸；第10章THz通信；第11章THz成像。
　　《半導體科學與技術叢書：半導體太赫茲源、探測器與應用》適閤從事THz、紅外、微波、天文和生物醫學等領域的工程技術人員，以及大專院校和科研院所相關專業的本科生、研究生和科研工作人員參考。

作者簡介

　　曹俊誠，1967年生於江西，1994年於東南大學電子工程係獲博士學位。現為中國科學院上海微係統與信息技術研究所研究員、博士生導師，國傢傑齣青年基金、中國科學院“百人計劃”、上海市自然科學牡丹奬獲得者，新世紀百韆萬人纔工程人選。2004～2010年擔任中國科學院上海微係統與信息技術研究所信息功能材料國傢重點實驗室主任，2011年起擔任中國科學院太赫茲固態技術重點實驗室主任。主要從事太赫茲物理、器件及通信與成像應用等方麵的研究。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 THz波産生、探測與應用概述
1．1 引言
1．2 THz波的産生
1．3 THz波的探測
1．4 THz波的應用
1．5 小結
參考文獻

第2章 THz場與低維半導體的相互作用及高場電子輸運
2．1 THz場與異質結的相互作用
2．1．1 引言
2．1．2 THz場作用下異質結的電子輸運
2．1．3 THz場作用下異質結的多光子輔助吸收
2．1．4 THz場感生的異質結帶間碰撞離化
2．1．5 小結
2．2 THz場作用下量子阱的光吸收
2．2．1 引言
2．2．2 光場作用下量子阱中電子的哈密頓量
2．2．3 量子阱子帶間泵浦一探測光吸收
2．2．4 量子阱子帶躍遷的相乾控製
2．2．5 THz場作用下量子阱子帶占據數和吸收
2．2．6 THz場作用下量子阱帶間光吸收
2．2．7 小結
2．3 THz場作用下超晶格的光吸收
2．3．1 引言
2．3．2 準玻色錶象及激子運動方程
2．3．3 THz場作用下超品格的光吸收與極化
2．3．4 小結
2．4 半導體高場電子輸運
2．4．1 引言
2．4．2 多能榖半導體高場電子輸運
2．4．3 非拋物半導體高場電子輸運
2．4．4 多能榖非拋物帶半導體的碰撞離化過程
2．4．5 小結
參考文獻

第3章 電子學THz振蕩器與器件模擬
3．1 p型量子阱THz負有效質量振蕩器
3．1．1 引言
3．1．2 負有效質量半導體穩態輸運
3．1．3 THz電流振蕩模式與頻率
3．1．4 小結
3．2 基於帶內反射點負微分電導的THz振蕩器
3．2．1 引言
3．2．2 基於帶內反射點的THz振蕩器設計
3．2．3 帶內反射點THz振蕩器模擬
3．2．4 小結
3．3 隧穿注入渡越時間THz振蕩器
3．3．1 引言
3．3．2 量子傳輸邊界方法
3．3．3 器件的直流及小信號輸運特性
3．3．4 小結
3．4 雙勢壘共振隧穿結構THz振蕩器
3．4．1 引言
3．4．2 維格納-泊鬆耦閤模型
3．4．3 共振隧穿結構的I-V特性
3．4．4 共振隧穿結構的THz電流振蕩
3．4．5 共振隧穿結構快速開關特性
3．4．6 小結
3．5 半導體器件的流體動力學模擬
3．5．1 引言
3．5．2 拋物性流體動力學平衡方程器件模擬
3．5．3 非拋物能帶半導體器件模擬
3．5．4 多能榖非拋物能帶半導體器件模擬
3．5．5 小結
參考文獻

第4章 THz半導體負有效質量振蕩器非綫性動力學
4．1 引言
4．2 THz負有效質量振蕩器混沌動力學
4．2．1 直流偏置下的THz振蕩
4．2．2 周期態和混沌態之間的轉變
4．3 THz負有效質量振蕩器的場疇模式
4．4 THz場作用下電流的龐加萊分支圖
4．5 THz場作用下電流的功率譜分支圖
4．6 小結
參考文獻

第5章 THz場作用下微帶超晶格非綫性動力學
5．1 微帶超晶格振蕩器中時空電場疇和負微分電導
5．1．1 引言
5．1．2 微帶超晶格中的電場疇和負微分電導
5．1．3 微帶寬度和摻雜濃度的影響
5．1．4 小結
5．2 THz場作用下微帶超晶格中電流的時空同步和混沌
5．2．1 引言
5．2．2 電場疇與自維持電流振蕩
5．2．3 同步振蕩與電流抑製
5．2．4 THz場作用下微帶超品格的混沌動力學
5．2．5 小結
5．3 THz場與磁場作用下微帶超晶格混沌動力學
5．3．1 引言
5．3．2 超晶格微帶電子輸運
5．3．3 超晶格微帶中電子平均速度的演化
5．3．4 微帶超晶格的混沌動力學特性
5．3．5 小結
5．4 THz場作用下量子點超晶格中的混沌動力學
5．4．1 引言
5．4．2 量子點超晶格電子輸運
5．4．3 速度-電場關係與弛豫頻率
5．4．4 THz場作用下量子點超晶格的混沌動力學
5．4．5 混沌區域與控製參數的依賴關係
5．4．6 小結
參考文獻

第6章 石墨烯THz光電特性
6．1 引言
6．2 石墨烯多量子阱中的共振隧穿
6．2．1 石墨烯係統的傳輸矩陣方法
6．2．2 石墨烯多量子阱電子輸運特性
6．3 石墨烯pn結在THz頻段的三階非綫性光電導
6．3．1 石墨烯pn結帶內和帶間光電導理論模型
6．3．2 三階非綫性THz光電導
6．4 石墨烯在THz頻段的五階非綫性光電導
6．4．1 石墨烯帶間光電導理論模型
6．4．2 五階非綫性THz光電導
6．5 雙層石墨烯納米帶的強THz光電導
6．6 小結
參考文獻

第7章 THz半導體量子級聯激光器
7．1 引言
7．2 THzQCL研究進展
7．3 THzQCL原理與設計
7．3．1 THzQCL基本原理
7．3．2 THzQCL有源區設計
7．3．3 THzQCL波導設計
7．3．4 THzQCL功率增強設計
7．4 THzQCL模擬方法
7．4．1 量子動力學方法
7．4．2 濛特卡羅方法
7．4．3 率方程方法
7．5 四阱共振聲子THzQCL
7．5．1 熱聲子效應
7．5．2 粒子數反轉與增益
7．5．3 I-V特性
7．5．4 溫度特性
7．6 三阱共振聲子THzQCL
7．6．1 多體效應
7．6．2 參數優化
7．6．3 聲子阱的影響
7．7 阱注入區共振聲子THzQCL
7．7．1 電場依賴關係
7．7．2 溫度依賴關係
7．8 THzQCL製備與測量
7．8．1 THzQCL材料生長與錶徵
7．8．2 雙麵金屬波導THzQCL
7．8．3 半絕緣等離子波導THzQCL
7．8．4 光譜測量
7．8．5 功率測量
7．8．6 光束錶徵
7．9 小結
參考文獻
……

第8章 THz半導體量子阱探測器
第9章 THz波的傳輸
第10章 THz通信
第11章 THz成像

前言/序言

　　太赫茲（THz）科學與技術是一個應用前景廣泛、發展極其迅速的交叉學科前沿領域。THz波具有不同於微波、紅外光以及X射綫的特點，其研究與應用涉及物理學、材料科學、生命科學、天文學、信息技術和國防安全等多個領域。THz波在物體成像、環境監測、醫療診斷、射電天文、寬帶移動通信、衛星通信和軍用雷達等方麵具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。現代電子學和光子學技術的發展，對THz科學研究與技術開發起瞭極大的推動作用。THz科學與技術的研究熱潮目前正處於一個方興未艾的時期。現在已經有從大學和科研院所分離齣來的從事THz器件生産和THz應用係統開發的公司，它們的齣現標誌著THz技術從實驗室走嚮商業，從學術研究走嚮應用。
　　本書主要以原始論文、尤其是以作者課題組的工作為基礎，對半導體THz輻射源與探測器的基本原理、模擬與設計、器件研製方法以及THz通信與成像應用等，做瞭比較係統的闡述。我的老師雷嘯霖院士、上海交通大學劉惠春教授、澳大利亞伍倫貢大學張潮教授、美國倫斯勒理工學院張希成教授、上海交通大學張傑院士、中國科學院上海高等研究院封鬆林研究員、中國科學院上海微係統與信息技術研究所王曦院士、中國科學院物理研究所楊國楨院士、電子科技大學劉盛綱院士、天津大學姚建銓院士和南京大學吳培亨院士等在科學研究過程中給予瞭作者長期的指導與幫助，作者對他們錶示衷心的感謝。
　　課題組成員在本書部分內容的資料準備以及科研項目完成過程中給予瞭作者有力的幫助，他們分彆是黎華、張戎、譚智勇、郭旭光、呂京濤、伍濱和、徐旭光、王長、王豐、徐公傑、韓英軍、何曉勇、米賢武、張擁華、周其盛、馮偉、陳鎮、周濤、陳鈺琳、高少文、於莉媛、熊風、尹嶸和張真真等。全書的文字和數學公式均采用Ctex軟件輸入。張戎和徐旭光承擔瞭部分錄入工作，王豐承擔瞭部分圖的編輯工作。作者對他們錶示衷心的感謝。
　　本書的齣版得到瞭中國科學院科學齣版基金的資助。書中的研究工作得到瞭各類科研基金的支持，主要包括：973項目“太赫茲重要輻射源、探測及應用的基礎研究”；863項目“毫米波與太赫茲無綫通信技術開發”；國傢自然科學基金重大項目“太赫茲電磁波段的物理、器件及應用研究”；國傢傑齣青年基金“半導體太赫茲源、探測器及其物理研究”；國傢重大科學儀器設備開發專項項目“基於太赫茲技術的新一代危險品分析檢測儀器開發”：中國科學院重要方嚮性項目“太赫茲成像關鍵技術研究”以及上海市基礎研究重大項目“太赫茲頻段輻射源、探測及其應用基礎研究”等。作者對此錶示衷心的感謝。
　　由於作者水平有限，疏漏和不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。
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