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第1章 半导体材料的基本特性 1

1.1 半导体内电子能态 1

1.2 金属、半导体和绝缘体的能带结构 3

1.3 半导体内载流子的有（等）效质量与迁移率 4

1.4 半导体材料内电子和声子的统计特性 6

1.4.1 电子和声子的统计分布函数 6

1.4.2 费米子的统计特性 7

1.4.3 玻色子的统计特性 9

1.5 热容 10

1.5.1 声子对热容的贡献 11

1.5.2 半导体中传导电子对热容的贡献 13

1.5.3 半导体材料的总热容 15

1.6 热膨胀 16

1.7 热传递 18

1.7.1 热传导 18

1.7.2 热对流 20

1.7.3 热辐射 21

1.8 热学参数的尺度效应 22

1.8.1 热容的尺度效应 23

1.8.2 热传递的尺度效应 24

1.9 半导体中离子扩散与品体熔化 26

1.9.1 半导体中离子扩散 26

1.9.2 半导体材料的熔化 29

参考文献 30

第2章 激光在半导体材料中的传播 31

2.1 光在半导体中传播的一般规律 31

2.2 介质在电磁场中的极化 32

2.3 光与半导体材料耦合的量子力学叙述 33

2.4 半导体材料的极化率张量 34

2.5 半导体材料中极化电磁波的色散关系 37

2.6 极化激元波在半导体材料中的传播 39

2.7 光在半导体内等离子体中的传播 41

2.8 光与半导体内激子的耦合 42

2.9 半导体内表面极化激元和表面等离子体激元波的传播 44

参考文献 47

第3章 激光在半导体材料中的吸收与弛豫 48

3.1 激光在半导体材料中的线性吸收 48

3.1.1 电子的线性吸收 48

3.1.2 半导体材料中等离子体对激光的吸收 53

3.1.3 激子对激光的吸收 54

3.1.4 晶格对激光的线性吸收 56

3.1.5 选择定则 61

3.2 半导体材料对激光的非线性吸收 61

3.2.1 多光子过程 62

3.2.2 受激拉曼散射 63

3.2.3 受激布里渊散射 64

3.3 激光施加给半导体的基本作用力 67

3.3.1 激光场与带电粒子的相互作用力 67

3.3.2 激光场引起的电致伸缩力 68

3.3.3 辐射压力 68

3.3.4 有质动力 69

3.4 吸收的激光能量在半导体材料内的弛豫 71

3.4.1 电子与声子相互作用引起的弛豫过程 72

3.4.2 电子与电子相互作用的弛豫过程 75

3.4.3 声子与声子相互作用的弛豫过程 78

3.5 载流子的复合与弛豫 80

3.5.1 载流子的直接复合与产生 81

3.5.2 载流子的级联（复合中心）复合 82

3.5.3 载流子的辐射复合与温度和辐射场的关系 83

参考文献 87

第4章 半导体中的载流子输运 90

4.1 玻耳兹曼方程 90

4.1.1 玻耳兹曼方程 90

4.1.2 弛豫时间近似 92

4.2 能量平衡模型 93

4.2.1 主要物理量的数学表述 94

4.2.2 能量平衡模型的数学表述 97

4.3 漂移-扩散模型 100

4.4 漂移扩散模型的数值解法 103

4.4.1 基本方程 104

4.4.2 边界条件 105

4.4.3 稳态分析 106

4.4.4 瞬态计算 108

参考文献 110

第5章 单元光电器件的激光辐照效应 111

5.1 光导型探测器的工作原理 111

5.1.1 光电导的激发机制 112

5.1.2 光导型探测器的工作模式 114

5.2 光伏型探测器工作原理 116

5.2.1 热平衡状态下的PN结 116

5.2.2 PN结的电学响应 124

5.2.3 PN结的光学响应 130

5.3 光电探测器的光学饱和效应 139

5.3.1 光导型探测器的光学饱和效应 139

5.3.2 光伏型探测器的光学饱和效应 140

5.4 激光辐照光电探测器的温度效应 145

5.4.1 探测器结构对探测器温度变化的影响 146

5.4.2 光导型探测器中的温升效应 148

5.4.3 光伏型探测器中温升对信号的影响 149

5.5 波段外激光辐照光电探测器的响应机理 152

5.5.1 光导型探测器对波段外激光的响应机理 152

5.5.2 光伏型探测器对波段外激光的响应机理 158

5.6 单元光电探测器的激光损伤机理 162

5.6.1 连续激光对单元光电探测器的致损机理 163

参考文献 168

第6章 激光与阵列光电器件相互作用 171

6.1 可见光CCD成像器件的工作原理 171

6.1.1 CCD的单元结构及其功能 172

6.1.2 典型可见光CCD成像器件 179

6.1.3 CDS技术及A/D转换简介 184

6.2 可见光CCD的激光致眩效应与机理 185

6.2.1 基本激光致眩效应 186

6.2.2 特殊激光致眩效应 200

6.3 激光对CCD器件的损伤效应 204

6.3.1 脉冲激光对CCD损伤的一般过程 204

6.3.2 脉冲激光对CCD的损伤机理 205

6.3.3 脉冲激光对CCD材料的损伤 209

参考文献 210

第7章 激光对半导体材料的热和力学损伤 213

7.1 连续激光辐照半导体材料引起的热和力学损伤 213

7.2 脉冲激光辐照半导体材料引起的热和力学损伤 220

7.2.1 脉冲激光对硅的热和力学损伤 220

7.2.2 脉冲激光对砷化镓的热和力学损伤 228

7.2.3 脉冲激光对碲镉汞的热和力学损伤 234

7.2.4 脉冲激光对锑化铟的热和力学损伤 238

7.2.5 脉冲激光对其他半导体材料的热和力学损伤 241

7.2.6 脉冲激光辐照半导体材料产生的周期状波纹 248

7.3 激光辐照半导体材料热效应的基本方程 249

7.3.1 热传导基本方程 249

7.3.2 激光辐照半导体材料引起的熔化和汽化 253

7.3.3 非傅里叶热传导简介 258

7.4 激光辐照半导体材料力学效应的基本方程 262

7.4.1 热弹性力学基本方程 262

7.4.2 激光辐照下半导体表面剧烈汽化的力学效应 267

7.5 超短脉冲激光辐照半导体材料引起的热和力学损伤 270

7.5.1 超短脉冲激光对硅的热和力学损伤 270

7.5.2 超短脉冲激光辐照其他半导体材料产生的热和力学损伤 277

7.5.3 超短脉冲激光辐照半导体材料产生的周期状波纹 283

7.6 超短脉冲激光损伤半导体材料的理论模型简介 287

7.6.1 超短脉冲激光对半导体材料的损伤模型 288

7.6.2 超短脉冲激光辐照下半导体材料的超快动力学响应 294

参考文献 299

附录A 非各向同性介质中介电张量与折射率 303

附录B 特殊函数 306

附录C 一些积分表达式的计算 307

附录D 能量平衡模型中主要物理量的推导 309

附录E 式（4-102）的推导 315

附录F CCD输出波形参考电压值的推导 316

附录G 体沟道CCD包含信号电荷状态的一维解析模型 318

附录H 重频激光引起CCD视频图像中次光斑漂移运动规律 322

附录I 动态电子快门中主光斑振荡与稳定的条件分析 325