第1章  绪论/ 1

  1.1  纳米半导体材料的定义1

  1.2  纳米半导体材料的基本特性1

  1.2.1  量子尺寸效应2

  1.2.2  小尺寸效应2

  1.2.3  表面与界面效应3

  1.2.  4量子隧穿效应4

  1.2.5  库仑阻塞效应4

  1.2.6  量子干涉效应5

  1.2.7  二维电子气和量子霍耳效应5

  1.3  纳米半导体材料的特殊性质6

  1.3.1  光学特性6

  1.3.2  光催化特性7

  1.3.3  光电转换特性8

  1.3.4  电学特性8

  1.3.5  表面活性与敏感特性9

  1.4  纳米半导体技术对各个领域的影响9

  1.4.1  纳米电子学与纳米半导体电子器件9

  1.4.2  纳米半导体光电子器件10

  1.4.3  纳米能源技术12

  1.4.4  环境纳米技术13

  1.4.5  纳米传感技术14

  1.4.6  纳米生物技术14

  参考文献15

第2章  低维纳米半导体激光器材料与器件/ 16

  2.1  半导体激光器发展的简要回顾16

  2.1.1  三维同质、异质结构的半导体激光器16

  2.1.2  二维量子阱结构的半导体激光器17

  2.1.3  一维量子线、零维量子点半导体激光器18

  2.2  半导体激光器基础18

  2.2.1  态密度和量子限制效应18

  2.2.2  光吸收、联合态密度、准费米能级和粒子数分布反转18

  2.2.3  载流子和光波的限制19

  2.2.4  激光阈值条件20

  2.2.5  半导体激光器主要性能参数及其表征20

  2.3  紫外至可见光量子阱激光器材料20

  2.3.1  GaN基激光器材料与器件21

  2.3.2  AlGaInP红光激光器材料与器件27

  2.4  近红外波段量子阱激光器材料27

  2.4.1  短波长AlGaAs/GaAs激光器材料27

  2.4.2  长波长InP基激光器材料28

  2.4.3  980nm InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料28

  2.5  2～3μm中红外波段量子阱激光器材料29

  2.5.1  GaInAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料29

  2.5.2  InGaAs/InGaAsP应变量子阱激光器材料29

  2.6  中远红外量子级联激光器材料29

  2.6.1  量子级联激光器的发展现状与趋势29

  2.6.2  量子级联激光器的工作原理32

  2.6.3  量子级联激光器的结构与特性38

  2.7  紫外波段氧化锌量子线阵列激光器45

  2.7.1  纳米氧化锌激子发光理论46

  2.7.2  氧化锌量子线阵列的外延生长46

  2.7.3  氧化锌量子线阵列的激光发射49

  参考文献52

第3章  纳米电子材料和器件/ 57

  3.1  从微电子学到纳米电子学57

  3.1.1  微电子器件发展的摩尔定律57

  3.1.2  纳米电子学的诞生58

  3.1.3  纳米电子学的研究基础59

  3.2  纳米电子材料和器件61

  3.2.1  纳米电子材料及其应用61

  3.2.2  电子器件的发展61

  3.2.3  纳米电子器件及其研究内容62

  3.3  纳米硅基CMOS器件63

  3.3.1  硅基MOS集成电路技术步入纳米尺度63

  3.3.2  纳米CMOS器件面临的挑战63

  3.3.3  纳米硅基CMOS器件结构64

  3.3.4  纳米体硅CMOS器件工艺68

  3.3.5  纳米体硅CMOS器件的量子效应70

  3.3.6  新型CMOS器件及其集成技术71

  3.4  固态纳米电子器件74

  3.4.1  量子电子器件的基本类型及其特征74

  3.4.2  共振隧穿器件74

  3.4.3  单电子器件78

  3.4.4  碳纳米管互连及其场效应晶体管83

  参考文献95

第4章  纳米半导体气敏传感器/ 99

  4.1  半导体气敏传感器分类99

  4.1.1  气敏传感器的应用与分类99

  4.1.2  半导体气敏传感器的分类99

  4.2  半导体气敏传感器的结构和工作原理100

  4.2.1  半导体气敏传感器的结构100

  4.2.2  半导体气敏传感器的工作原理101

  4.3  纳米SnO2薄膜气敏传感器101

  4.3.1  纳米SnO2薄膜气敏传感器102

  4.3.2  掺杂纳米SnO2薄膜气敏传感器103

  4.3.3  多组分氧化物复合的纳米SnO2薄膜气敏传感器106

  4.4  新型纳米半导体气敏材料与传感器106

  4.4.1  纳米In2O3气敏传感器106

  4.4.2  纳米NiO气敏传感器109

  4.4.3  纳米ZnO气敏传感器110

  4.4.4  纳米TiO2气敏传感器117

  4.4.5  尖晶石型铁酸盐（MFe2O4）纳米材料气敏传感器119

  4.4.6  纳米铜氧化物气敏传感器121

  4.4.7  纳米WO3气敏传感器124

  4.4.8  纳米ZnS气敏传感器128

  参考文献130

第5章  基于半导体纳米材料的染料敏化太阳能电池/ 134

  5.1  染料敏化太阳能电池概况134

  5.1.1  太阳能电池的发展现状与新方向134

  5.1.2  染料敏化太阳能电池特点及产业化前景135

  5.2  染料敏化太阳能电池的结构组成136

  5.2.1  纳米结构的光阳极136

  5.2.2  电解质体系137

  5.2.3  染料敏化剂137

  5.2.4  对电极137

  5.3  染料敏化太阳能电池的工作原理137

  5.3.1  半导体-溶液界面137

  5.3.2  染料敏化半导体表面以及光诱导电荷分离138

  5.3.3  染料敏化太阳能电池工作原理139

  5.4  基于TiO2纳米结构光阳极的染料敏化太阳能电池141

  5.4.1  染料敏化TiO2太阳能电池的发展概况141

  5.4.2  多孔TiO2纳米晶薄膜DSC141

  5.4.3  一维TiO2纳米结构染料敏化太阳能电池142

  5.4.4  TiO2核壳纳米结构DSC153

  5.4.5  TiO2量子点敏化纳米结构DSC155

  5.5  基于ZnO纳米结构光阳极的染料敏化太阳能电池163

  5.5.1  染料敏化ZnO太阳能电池的发展历史163

  5.5.2  ZnO纳米晶粒薄膜DSC163

  5.5.3  ZnO纳米线DSC164

  参考文献171

第6章  纳米半导体光催化材料与光催化技术/ 175

  6.1  光催化技术应用175

  6.1.1  光催化在环境治理方面的应用175

  6.1.2  光催化分解水制氢175

  6.1.3  光催化抗菌176

  6.1.4  光催化提取贵金属176

  6.1.5  光催化化学合成176

  6.2  纳米半导体光催化的基本原理177

  6.2.1  带隙激发177

  6.2.2  去活化过程178

  6.2.3  半导体光催化反应机理179

  6.2.4  反应过程动力学180

  6.3  TiO2微纳米空心球181

  6.3.1  模板法制备中空TiO2微球181

  6.3.2  在离子液体中制备TiO2空心球191

  6.3.3  利用Ostwald生长机理制备TiO2空心球192

  6.4  TiO2介孔材料194

  6.4.1  溶胶-凝胶法制备介孔TiO2纳米材料194

  6.4.2  超声水解法制备介孔TiO2纳米材料196

  6.4.3  水热法制备介孔TiO2纳米材料197

  6.4.4  蒸发诱导自组装法制备介孔TiO2纳米材料201

  6.5  分级纳米结构半导体光催化材料207

  6.5.1  分级结构钨酸铋纳米材料207

  6.5.2  钛酸铋钠分级结构纳米材料211

  6.5.3  金属硫化物固溶体纳米棒自组装的分级纳米结构光催化材料212

  参考文献213

第7章  荧光量子点纳米探针及其在生物医学领域的应用/ 216

  7.1  生物标记技术216

  7.1.1  生物标记和标记物216

  7.1.2  免疫生物标记217

  7.1.3  纳米粒子和生物标记217

  7.2  量子点荧光纳米探针的构建218

  7.2.1  荧光量子点的基本特性218

  7.2.2  荧光量子点的合成220

  7.2.3  荧光量子点的表面修饰230

  7.3  量子点在生物医学领域的应用245

  7.3.1  量子点应用于细胞成像及活细胞动态过程的实时示踪245

  7.3.2  量子点应用于活体动物标记成像246

  7.3.3  量子点在微生物检测中的应用249

  7.3.4  量子点在生物大分子相互作用及相互识别中的应用250

  参考文献251