
【電】 depletion-layer capacitance
blankness; vacancy; airiness; emptiness; hollowness; vacuity
layer; region; stage; story; stratum; tier
【計】 layer
【醫】 coat; lamella; lamellae; lamina; laminae; layer; strata; stratum
electricity
【計】 telewriting
【化】 electricity
【醫】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
capability; capacitance; capacity; size; volume
【計】 CAP; capacity
【化】 capacity; holding capacity
【醫】 capacity; volume
【經】 capacity measure; cubic measure
空虛層電容量(Depletion Layer Capacitance)是半導體器件物理中的核心概念,指PN結在反向偏置條件下耗盡層區域形成的電容特性。該電容由耗盡層内離子化的施主與受主電荷構成,其數值與外加電壓、半導體材料參數及結區幾何結構密切相關。
從物理機制分析,耗盡層電容遵循平行闆電容器模型: $$ C = frac{varepsilon A}{d} $$ 其中$varepsilon$為材料介電常數,$A$為結區面積,$d$為耗盡層寬度。耗盡層寬度$d$隨反向偏置電壓$V_R$增大呈非線性擴展,滿足: $$ d propto sqrt{VR + V{bi}} $$ $V_{bi}$為内建電勢。
工程應用中,該參數直接影響二極管開關速度、變容二極管調諧精度及MOSFET阈值電壓穩定性。美國加州大學伯克利分校微電子實驗室實測數據顯示,典型矽基PN結在5V反向偏壓下,單位面積電容值約0.1-0.5fF/μm²(參考:Semiconductor Devices: Theory and Application, James Fiore, 2019)。
"空虛層電容量"是一個結合半導體物理與電容概念的術語,可拆解為兩部分解釋:
1. 空虛層(Depletion Layer)
在半導體器件(如PN結)中,空虛層指電荷載流子(電子或空穴)被耗盡形成的區域。當P型和N型半導體結合時,交界處因載流子擴散形成内建電場,導緻該區域缺乏自由電荷,呈現"空虛"狀态。
2. 電容量(Capacitance)
電容量表示導體儲存電荷的能力,計算公式為:
$$
C = frac{Q}{V}
$$
其中C是電容(單位:法拉),Q是儲存的電荷量,V是導體間電位差。在電容器中,電容量還取決于介質性質:
$$
C = frac{varepsilon A}{d}
$$
(ε為介電常數,A為極闆面積,d為極闆間距)。
綜合解釋
"空虛層電容量"特指半導體耗盡層表現出的電容效應。當外加電壓改變耗盡層寬度(d)時,電容值隨之變化,這種特性被應用于變容二極管等器件中,通過電壓調控電容大小。例如,反向偏壓增大時,耗盡層變寬,電容量減小。
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