[按需印刷] 光電子器件設計建模與仿真 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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☆☆☆☆☆

[加] 李洵著著，陳四海等譯譯

圖書標籤:

光電子器件
器件設計
建模仿真
光電子學
半導體
物理仿真
COMSOL
Lumerical
光波導
納米光子學

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店鋪：科學齣版社旗艦店

齣版社：科學齣版社

ISBN：9787030414106

商品編碼：1477234967

包裝：平裝

叢書名：國外信息科學與技術優秀圖書係列

齣版時間：2015-03-01

頁數：332

正文語種：中文

具體描述

本書以經典電磁理論和量子物理為基礎，對光子器件，尤其是半導體光電子器件的物理模型和數值分析方法進行瞭深入和詳細的論述。內容涉及光導波器件物理、半導體體材料和量子結構材料的能帶結構和光增益特性、載流子輸運和熱擴散模型、半導體光電子器件物理以及相關數值分析方法，並給齣瞭上述模型和方法在半導體激光器、半導體光放大器、電吸收調製器、超發射發光二極管和一些半導體集成光電子器件等方麵的仿真應用

光電子器件設計、建模與仿真：理論基礎與實踐指南本書並非直接介紹“按需印刷”這一齣版方式，而是緻力於為光電子器件的設計、建模與仿真領域提供一套係統、深入的理論框架與實踐指導。光電子器件作為信息技術、通信、傳感、顯示、能源等諸多前沿領域的核心組成部分，其性能的優化與創新離不開精確的理論分析和高效的仿真工具。本書旨在彌閤理論知識與工程實踐之間的鴻溝，幫助讀者掌握設計、建模與仿真光電子器件的關鍵技術，從而加速産品研發進程，提升器件性能，並探索新的應用可能性。第一部分：光電子器件基礎理論迴顧與拓展在深入探討設計、建模與仿真之前，構建紮實的理論基礎至關重要。本部分將從光與物質相互作用的基本原理齣發，係統迴顧光電子器件領域的核心概念。我們將深入剖析半導體物理學的基本定律，包括能帶理論、載流子輸運、pn結特性、以及摻雜對半導體光學與電學特性的影響。在此基礎上，我們將聚焦於光生伏打效應（光電轉換）和電緻發光效應（電光轉換）等關鍵物理機製，詳細闡述其背後的微觀機理，並介紹與這些效應相關的半導體材料特性，如帶隙能、吸收係數、摺射率、載流子壽命等。除瞭基礎的半導體物理，本書還將重點介紹與光場行為相關的電磁波理論。我們將詳細講解麥剋斯韋方程組在光波傳播中的應用，包括平麵波的傳播、反射、摺射、衍射、乾涉等現象。特彆地，我們將深入分析波導理論，理解光在介質中的約束傳播方式，這對光波導、光縴等器件的設計至關重要。此外，我們還將介紹光與不同幾何形狀、材料組成的結構相互作用時産生的復雜光學效應，為後續的器件結構設計奠定理論基礎。為瞭使讀者更好地理解器件的實際工作原理，本部分還將引入一些高級的光電子學概念。例如，我們將探討載流子的非平衡分布、能量弛豫過程、激子形成與湮滅等，這些都直接影響著器件的發光效率和光探測靈敏度。對於光探測器，我們將詳細解析其響應機製，包括光電流的産生、收集效率、噪聲源（如散粒噪聲、熱噪聲、暗電流等）及其對器件性能的影響。對於發光器件，我們將深入分析復閤機製，包括輻射復閤和非輻射復閤，以及如何通過材料選擇和結構設計來提高輻射復閤的比例，從而提升發光效率。第二部分：光電子器件的建模方法與技術掌握高效準確的建模方法是實現光電子器件仿真預測的關鍵。本部分將係統介紹目前主流的光電子器件建模技術，並根據不同類型器件的特點，提供相應的建模策略。首先，我們將從宏觀的電學和光學模型入手。對於許多半導體器件，我們可以采用基於半導體方程組（泊鬆方程、連續性方程、漂移-擴散方程）的求解來描述載流子的輸運和電場分布，並結閤麥剋斯韋方程組或波動方程來描述光場的行為。我們將詳細介紹這些方程組的推導過程、邊界條件的處理方法，以及數值求解的常用算法，如有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）等。其次，對於特定類型的器件，如激光器、LEDs、光探測器、光調製器等，我們將介紹更具針對性的建模方法。例如，對於半導體激光器，我們不僅需要考慮載流子的注入和復閤，還需要考慮光腔的諧振、增益譜的形成、閾值電流的計算以及輸齣光功率的預測。我們將介紹 Rate Equation Approach（速率方程法）等常用模型，並討論如何將量子限製效應（如量子阱、量子點）納入模型中，以理解和設計高性能的量子器件。對於光探測器，我們將重點關注其光電響應模型的建立，包括光吸收區域的確定、載流子産生率的計算、載流子漂移速度的建模、以及外部量子效率（EQE）和內量子效率（IQE）的分析。我們還將介紹噪聲模型的建立，用於預測探測器的信噪比（SNR）和最小探測功率（NEP）。在微納結構器件方麵，例如周期性結構、超錶麵等，它們的光學響應往往錶現齣強烈的衍射和耦閤特性。本部分將介紹基於嚴格耦閤波分析（RCWA）的方法，以及基於時域有限差分法（FDTD）和有限元法（FEM）的電磁仿真技術，用於精確求解這些復雜結構的光學行為。此外，我們還將討論多物理場耦閤建模的重要性。許多光電子器件的工作性能受到電、熱、光、力等多種物理場的相互影響。例如，器件的發熱會影響載流子的遷移率，從而改變電學特性；而電學激勵也會産生電緻發光。本書將引導讀者理解如何建立多物理場耦閤模型，以獲得更真實可靠的仿真結果。第三部分：光電子器件的仿真工具與實踐應用理論與模型最終需要通過仿真工具來實現並驗證。本部分將介紹目前業界主流的光電子器件仿真軟件，並結閤具體案例，展示如何利用這些工具進行器件設計、性能分析與優化。我們將重點介紹幾類常用的仿真軟件，包括：半導體器件仿真軟件：如 Sentaurus TCAD（Synopsys）、ATLAS（Silvaco）等，它們提供瞭強大的半導體器件物理模型和求解器，能夠對 pn 結、MOSFET、BJT 等器件進行精確的電學和光學仿真。我們將展示如何利用這些軟件進行載流子分布、電場分布、電流-電壓特性、光生電流等仿真。電磁場仿真軟件：如 Lumerical FDTD Solutions、COMSOL Multiphysics、CST Studio Suite 等，它們專注於解決麥剋斯韋方程組，能夠精確模擬光在不同結構中的傳播、衍射、散射、吸收等光學行為。我們將通過案例演示如何利用這些軟件進行波導模式分析、衍射光學元件設計、超材料光學特性模擬等。商業化集成仿真平颱：一些軟件平颱提供瞭集成的建模和仿真環境，允許用戶在同一界麵內進行電學、光學、熱學等多種物理場的仿真，並支持不同模型的導入和導齣，極大地提高瞭仿真效率。我們將針對不同類型光電子器件，提供詳細的仿真實踐案例。例如： LED 器件仿真：如何建立 LED 的電學模型，分析載流子注入、復閤效率，並結閤光學模型計算其齣射光強分布、光譜特性。光探測器仿真：如何建立 PIN 光電探測器的模型，分析其響應速度、量子效率、噪聲特性，並進行不同材料和結構下的性能比較。激光器仿真：如何利用速率方程法建立半導體激光器的模型，分析閾值電流、輸齣功率、邊模抑製比等關鍵參數。光波導與耦閤器仿真：如何利用電磁仿真軟件分析波導模式、計算耦閤效率、優化耦閤器結構。新興光電子器件仿真：如二維材料光電器件、有機光電器件、量子點器件等，介紹其特有的物理模型和仿真方法。在實踐應用部分，我們將強調仿真結果與實驗數據的對比分析，以及如何根據仿真結果對器件結構進行優化設計，以達到預期的性能指標。我們將引導讀者思考仿真中的不確定性因素，如模型參數的選取、網格劃分的密度、邊界條件的設置等，並提供相應的處理建議，幫助讀者培養嚴謹的仿真科學精神。第四部分：前沿光電子器件與未來展望本部分將帶領讀者瞭解當前光電子器件領域的研究熱點和發展趨勢，並探討未來可能齣現的顛覆性技術。我們將重點介紹以下幾個方麵：高性能光通信器件：包括高速光調製器、低功耗光發射器、高靈敏度光接收器等，以及矽光子技術在集成光路和數據中心應用中的進展。新型光探測器：如雪崩光電探測器（APDs）、單光子探測器（SPDs）、紅外探測器、紫外探測器等，及其在科學研究、生物醫學成像、安防監控等領域的應用。先進發光器件：如微型LED（Micro-LEDs）、量子點LED（QLEDs）及其在顯示技術、照明領域的應用，以及高效率的電緻發光材料與器件的研發。光力學與微機電係統（MEMS）：探討光與機械結構的相互作用，以及在微型傳感器、執行器等領域的應用。新興材料與器件：如二維材料（石墨烯、TMDs）在光電子器件中的應用，有機半導體材料在柔性光電器件中的潛力，以及量子點、鈣鈦礦等材料在太陽能電池、LEDs領域的創新。我們將鼓勵讀者將所學的理論知識和仿真技能應用於這些前沿領域的研究，並為未來的技術發展提供一些思考方嚮。本書的最終目標是培養一批能夠獨立進行光電子器件設計、建模與仿真的高素質人纔，推動光電子技術的持續進步，為社會發展貢獻力量。本書內容全麵，結構清晰，既有紮實的理論基礎，又有豐富的實踐指導，力求成為光電子器件設計、建模與仿真領域不可或缺的參考書籍。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就帶著一種工業美感，磨砂質感的紙張觸感細膩，色彩搭配也相當沉靜，讓人一眼就能感受到它內在的專業性。翻開書頁，那種油墨的清香撲鼻而來，紙張的厚度適中，印刷清晰，閱讀起來非常舒服，沒有絲毫廉價感。我最看重的是排版，這本《光電子器件設計建模與仿真》在這一點上做得非常齣色。章節劃分清晰，邏輯流暢，每一個公式、每一個圖錶都標注得一絲不苟，尺寸比例也恰到好處，即使是復雜的公式推導，在這樣的排版下也顯得井然有序，不會讓人眼花繚亂。我特彆喜歡書中那些精心繪製的示意圖，它們不僅直觀地展示瞭器件的結構，更重要的是，它們能夠幫助我快速理解抽象的物理原理，將文字描述具象化。有時候，一張好的圖抵得上韆言萬語。而且，這本書的索引做得也很細緻，遇到不熟悉的術語，可以迅速找到對應的解釋，極大地提高瞭閱讀效率。整體而言，從書籍的物理形態到內在的組織結構，都透露齣一種匠心獨運的品質，讓人在翻閱的過程中就充滿瞭學習的期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它不僅僅是一本技術書籍，更像是一份“路綫圖”。它為我規劃瞭一條從基礎理論到實際應用的光電子器件設計與仿真之路。我最喜歡的是書中提供的“進階閱讀”建議和“常見問題解答”部分。在每個章節的末尾，作者都會推薦一些相關的經典文獻或者更深入的專題，這讓我能夠根據自己的興趣和需求，進一步拓展學習的深度和廣度。而“常見問題解答”部分，則非常貼心地總結瞭在光電子器件設計和仿真過程中，初學者常常會遇到的睏惑和誤區，並給齣瞭詳細的解答。我發現，我在實際操作中遇到的很多問題，都能在這裏找到答案，這極大地減少瞭我摸索的時間和走彎路的可能性。這本書還非常有前瞻性，它在討論現有技術的同時，也對未來光電子器件的發展趨勢進行瞭一些展望，這讓我能夠更好地理解當前的研究熱點和未來的發展方嚮。總而言之，這本書不僅教會瞭我“怎麼做”，更啓發瞭我“為什麼這麼做”以及“未來可以做什麼”，是一本非常有價值的學習和參考資料。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《光電子器件設計建模與仿真》的時候，我最大的感受就是它的“實戰導嚮”。這本書並沒有停留在理論的梳理上，而是非常注重如何將理論應用於實際的設計和仿真過程中。我尤其欣賞它在案例分析部分的詳盡程度。書中選取瞭幾個典型的光電器件，例如LED、激光器、光電探測器等，對它們的建模過程進行瞭深入的剖析。每一個步驟都提供瞭清晰的指導，從物理模型的建立，到參數的設定，再到網格劃分、求解器的選擇，甚至是後處理的分析，都講解得非常細緻。更難得的是，書中還穿插瞭大量實際操作的技巧和注意事項，這些都是在學校課堂或者一般理論書籍中很難學到的寶貴經驗。比如，在進行模型簡化時，如何權衡精度和計算效率；在選擇仿真軟件時，需要考慮哪些關鍵因素；在處理邊界條件時，容易齣現哪些問題以及如何避免。這些“乾貨”內容，讓我感覺自己不再是孤軍奮戰，而是有一個經驗豐富的導師在身邊手把手地教導。我嘗試著書中介紹的一些方法，發現效果立竿見影，大大縮短瞭我的學習和研究周期。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，《光電子器件設計建模與仿真》這本書的語言風格非常獨特，它在保持專業性的同時，又盡可能地做到通俗易懂，這一點讓我非常欣慰。很多技術書籍常常充斥著晦澀難懂的術語和復雜的數學公式，讀起來讓人望而生畏。但這本書在這方麵做得非常好，作者在引入新的概念時，常常會用生動形象的比喻來幫助讀者理解，或者從一個大傢都能理解的現象入手，逐步引申到專業知識。比如，在解釋光在不同介質中傳播時，作者用“水流過不同粗細的管道”來類比，一下子就讓抽象的摺射率概念變得生動起來。即使是涉及復雜的物理方程，作者也會在前麵給齣清晰的物理意義和推導背景，而不是直接拋齣公式。此外，書中還穿插瞭一些曆史的介紹和科學傢的故事，這些內容雖然不是核心的知識點，但卻能極大地激發讀者的興趣，讓學習過程不再枯燥。閱讀體驗非常流暢，仿佛在與一位學識淵博但又平易近人的導師進行對話，讓人受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《光電子器件設計建模與仿真》的過程，就像是在攀登一座知識的高峰，每一步都充滿挑戰，但每一步也都能看到更廣闊的風景。這本書的深度是我最看重的部分。它沒有迴避光電子器件領域的核心問題和技術難點，而是迎難而上，對關鍵概念進行瞭深刻的闡釋。例如，在討論半導體材料的能帶理論時，它不僅介紹瞭基礎模型，還深入分析瞭摻雜、應力等因素對能帶結構的影響，以及這些影響如何體現在器件的性能上。在仿真部分，它更是對各種數值算法的原理和適用範圍進行瞭詳細的講解，比如有限元法、有限差分法等，並分析瞭它們各自的優缺點。我特彆受益於書中關於“模型驗證”的章節。它強調瞭仿真結果與實驗數據進行對比的重要性，並提供瞭一些實用的方法來評估模型的準確性。這種嚴謹的治學態度，讓我深刻理解到，科學研究不僅需要理論的支撐，更需要嚴密的邏輯和可靠的驗證。這本書讓我認識到，光電子器件的設計和仿真是一個係統工程，需要多方麵的知識和技能的融閤。