半导体材料与器件的激光辐照效应是高能激光技术的重要应用基础。本书共分七章，介绍了半导体材料的基本特性，激光在半导体材料中的激发状态、耦合形式、光谱特性和传输特性等，激光在半导体材料中各种吸收的类型和机理，以及吸收的能量在材料中的弛豫和转换的机理及规律，激光辐照下载流子在半导体材料中的输运，单元光电探测器的基本特性和激光辐照效应。讨论了阵列光电探测器对于激光的光学和电学响应及损伤机理。最后着重讨论了半
导体材料对于激光辐照的热学和力学的响应及损伤机理等问题。本书针对的读者群体是在相应领域里从事科学技术研究的研究生和相关的科研工作者。
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第1章 半导体材料的基本特性11.1 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61.4.1 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101.5.1 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181.7.1 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221.8.1 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晶体熔化261.9.1 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312.1 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483.1 激光在半导体材料中的线性吸收483.1.1 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613.2.1 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673.3.1 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713.4.1 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803.5.1 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884.1 玻耳兹曼方程904.1.1 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934.2.1 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1034.4.1 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1115.1 光导型探测器的工作原理1115.1.1 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1165.2.1 热平衡状态下的PN结116
5.2.2 PN结的电学响应［4］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1395.3.1 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1455.4.1 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1525.5.1 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1625.6.1 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1716.1 可见光CCD成像器件的工作原理1716.1.1 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1856.2.1 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［20］2046.3.1 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2137.1 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2207.2.1 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2497.3.1 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2627.4.1 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2707.5.1 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2877.6.1 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303参考文献305
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
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