课程大纲

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半导体微纳材料与量子光电子器件

课程编码:0805J1M04004H 英文名称:semiconductor micro nano materials and quantum optoelectronic devices 课时:50 学分:4.00 课程属性:专业核心课 主讲教师:牛智川等

教学目的要求
本课程设置为材料与光电技术学院量子光电子学相关方向硕士生、博士生的核心课,是学习微纳结构光电子材料和量子器件专业前沿领域的一门主要课程,授课对象是材料科学与工程、凝聚态物理、光电子学、微电子学与固体电子学等相关专业研究室,通过学习此课程获得低维结构光电材料和量子器件专业前沿领域的基本知识和最新进展。。

预修课程
固体物理,量子力学,半导体物理,电动力学

大纲内容
第一章 绪论 2学时
第1节 纳米材料的定义以及维度的概念
第2节 纳米材料的发展
第3节 纳米材料的基本特性
第4节 纳米材料的分类
第二章 材料的测试与表针 2学时
第1节 纳米材料分析的特点
第2节 纳米材料成分分析
第3节 纳米材料粒度分析
第三章 纳米材料的制备方法及其原理 2学时
第1节 纳米材料的制备
第2节 纳米材料制备的设备
第3节 纳米颗粒生长机理
第四章 低维结构半导体激光器概论 2学时
第1节 激光器概述
第2节 激光器研究进展
第3节 外延生长和工艺
第五章 量子阱激光器及其器件 2学时
第1节 半导体超晶格
第2节 量子阱半导体激光器理论
第3节 量子阱半导体激光器外延生长和工艺
第六章 级联激光器 2学时
第1节 定义
第2节 量子阱级联激光器
第3节 量子级联激光器
第4节 带间级联激光器
第七章 量子点激光器 2学时
第1节 量子点激光器的特性
第2节 量子点激光器材料特性
第3节 各种量子点激光器
第八章 量子点单光子器件和探测器 7学时
第1节 量子点单光子材料的外延生长和控制
第2节 自组织量子点光谱
第3节 量子点单光子源
第4节 量子点与光学微腔
第5节 电致单光子源和光纤耦合量子点单光子源
第6节 量子点植入纳米线实现单光子发射研究
第7节 频率下转换
第8节 单光子多模式固态量子存储
第9节 色心单光子
第10节 多光子纠缠
第11节 量子点同步和不可分辨
第12节 单光子器件集成
第13节 单光子探测
第九章 单量子态物理与光学性 7学时
第1节 自组织量子点生长机制
第2节 量子点光谱壳层结构
第3节 量子点光学特性
第4节 量子点中量子态的操作
第5节 量子点-表面等离子体耦合
第6节 量子点纠缠光子发射
第7节 回音壁模式微腔
第8节 回音壁微腔和量子点耦合
第9节 回音壁激光器
第10节 激子和双激子实验
第11节 光线成像
第十章 红外探测器的用途与技术分类 3学时
第1节 红外与黑体辐射
第2节 基本特性
第3节 红外探测器技术研究
第4节 红外光谱范围
第5节 红外探测技术及其应用
第6节 红外探测分类
第7节 红外探测工作模式
第十一章 红外光电探测器件的发展历史和趋势 2学时
第1节 红外探测器的发展
第2节 红外探测器阵列
第3节 红外探测材料
第4节 红外探测器探测波段
第5节 红外探测器工作波段及其工作温度
第十二章 红外光电探测器研究基础概论 1学时
第1节 光子型红外探测器原理
第2节 红外探测器主要性能参数
第十三章 第三代红外焦平面光电探测器 3学时
第1节 锑化物第三代红外探测器
第2节 第三代红外探测的发展趋势
第3节 材料基础面临的问题
第4节 锑化物超晶格红外焦平面
第5节 MCT与锑化物超晶格红外焦平面性能对比
第十四章 锑化物超晶格红外光电探测技术 2学时
第1节 锑化物超晶格
第2节 超晶格材料的几何与能带结构
第3节 分子束外延基础与锑化物超晶格材料
第4节 锑化物红外焦平面制造技术
第十五章 新型结构红外光电探测器 2学时
第1节 新型势垒探测器
第2节 量子点红外探测器
第3节 叠层级联结构探测器
第4节 光电耦合增强探测器
第十六章 纳米线及其他纳米器件 1学时
第1节 纳米线激光器
第2节 量子点太阳能电池
第3节 量子点红外探测器
第十七章 二维材料的分类和制备方法 4学时
第1节 研究背景
第2节 二维单晶的晶体结构
第3节 二维材料与异质结构的制备方法
第4节 仪器介绍
第十八章 二维半导体材料的光电器件 2学时
第1节 二维单晶的应用前景
第2节 光电探测器
第3节 其他应用
第十九章 回顾总结 2学时
第1节 回顾总结
第二十章 闭卷考试 2学时
第1节 闭卷考试

参考书
1、 基于半导体量子点的量子计算与量子信息 王取泉 2009年1月 中国科技大学出版社

课程教师信息
曾留学德国波尔德鲁德研究所、美国南加州大学。“国家杰出青年科学基金”获得者,国家重点研发计划量子专项首席科学家,国家自然科学基金重大项目主持人,国家重大科学研究计划纳米专项首席科学家。
发现InGa)As/GaAs环状量子结构液滴外延现象,发展In(Ga)As/GaAs量子点密度调控和波长拓展技术;研制成功纳米线量子点耦合微柱微腔量子点耦合结构的高速率和全同性单光子发射器件,在单光子量子存储和非线性转换纠缠光子发射器件中得到验证;研制出光通信波段InAs量子点激光器实现了高T0超低阈值室温连续激射;研制出InGaNAsSb/GaAs异变量子阱激光器激射波长突破1.59微米;开拓锑化物窄带隙半导体材料外延和光电器件研究方向,率先研制成功1.8-3.5微米波段锑化物量子阱室温连续激光器、DFB单模激光器、FP腔激光器单管和巴条激光器;研发成功锑化物超晶格大尺寸外延材料,成功应用于2-20微米波段新一代中短波、中长波单色、双色和高温焦平面技术。在Nature,Adv. Materials, Phys. Rev. Lett., Nano Lett., Nanoscale, Appl. Phys. Lett.等发表SCI论文300余篇受到国际同行广泛关注被他引3000余次,研究成果多次被III-Vs Review,Compound Semiconductor,Technique Insights, Laser Focus World等专题报道。曾获北京市自然科学技术二等奖、中国电子学会自然科学一等、中科院优秀研究生导师奖等。培养的硕士和博士研究生有多人次获得中科院院长优秀奖和冠名奖、中科院优秀毕业生奖、国家优秀留学生奖等。主要研究领域:新型半导体光电材料与量子器件:GaAs、GaSb基低维材料分子束外延生长、受限光电子体系量子物理效应、高性能光电器件与量子器件制备。