半导体物理学 纲要2014

西安理工大学电子工程系马剑平1半导体物理学总复习SemiconductorPhysics西安理工大学电子工程系DepartmentofelectronicsengineeringXi’anUniversityofTechnology

马剑平majp@西安理工大学电子工程系马剑平2半导体物理架构图非平衡载流子平衡载流子扩散载流子统计分布半导体绝缘体金属载流子能带结构导电性产生运动漂移复合金属绝缘体半导体肖特基结MOSpn结半导体电光热磁效应半导体器件应用半导体直接间接电子、空穴的分布、产生和输运控制西安理工大学电子工程系马剑平3描述半导体原理的基本方程泊松方程电荷密度(x）

连续方程

载流子的输运方程描述半导体中静电势的变化规律西安理工大学电子工程系马剑平4电荷密度(x)可动的－载流子（n,p)固定的－电离施主ND+、电离受主NA-基本步骤西安理工大学电子工程系马剑平5掺杂半导体的费米能级热平衡电中性条件n型p型p0+nD+=n0+pA-n0=nD++p0p0=pA-+n0低温弱电离P0=0n0=nD+n0=0p0=pA-过渡区n0=

p0+

NDp0=n0+NA强电离n0=nD+

=

NDp0=pA-

=NA高温本征激发n0=

p0n0=

p0西安理工大学电子工程系马剑平6必须掌握的几个公式1载流子浓度表达式EvEcEFEi西安理工大学电子工程系马剑平7强电离载流子浓度n型半导体p型半导体多子浓度少子浓度多子浓度少子浓度西安理工大学电子工程系马剑平82.平衡p-n结的载流子分布pnpp0np0nn0pn0P’n’n(x)p(x)V(x)-xpxnnV(-xp)=0V(-xn)=VD西安理工大学电子工程系马剑平93.表面处电势为Vs时,表面载流子的浓度EvEcEFEiVsP型VB西安理工大学电子工程系马剑平104.半导体的电导率5.电中性条件6.耗尽层西安理工大学电子工程系马剑平11三大理论四大机理耗尽层近似热电子发射隧道势垒贯穿扩散-漂移、产生-复合

pn结少子注入与扩散肖特基多子的发射反型层的建立与耗尽区的形成西安理工大学电子工程系马剑平12重要概念半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子、热载流子能带、导带、价带、禁带掺杂、施主、受主输运、漂移、扩散、产生、复合耗尽层近似、热电子发射、隧道势垒贯穿西安理工大学电子工程系马剑平13概念的区分有效质量、纵向有效质量、横向有效质量

非平衡载流子和热载流子

扩散长度，牵引长度与德拜长度

欧姆接触与整流接触

平带电压与阈值电压（对MOS结构而言）

费米能级与准费米能级复合中心与陷阱中心费米能级、化学势、电子亲和能

迁移率与扩散系数光磁电效应

西安理工大学电子工程系马剑平14基本规律的理解肖特基势垒与PN结势垒的异同

强电场下半导体的欧姆定律的偏离本征和掺杂半导体电导率随温度T的变化强场下的负微分迁移率俄歇复合的特点半导体对光的吸收的主要吸收过程西安理工大学电子工程系马剑平15半导体的能带图西安理工大学电子工程系马剑平16深能级杂质与浅能级杂质金是硅中的深能级杂质，形成有效的复合中心，严重影响少子寿命。浅能级杂质在半导体中决定多数载流子的浓度，对少子的寿命影响不大。金在硅中的两个深能级并不是同时起作用的。在n型硅中,费米能级总是比较靠近导带,金的能级被电子基本填满，所以只有受主能级EtA起作用；而在p型硅中，金的能级基本上是空的，因而只存在施主能级EtD

。西安理工大学电子工程系马剑平17半导体器件的工作温度限制一般半导体器件正常工作时，载流子主要来源于杂质电离。随着器件温度的上升，在保持载流子主要来源于杂质电离时，器件性能才可不失效。为此要求本征载流子浓度至少比杂质浓度低一个数量级。硅平面管一般采用室温电阻率为1Ωcm的材料，其杂质浓度约为5x1015cm-3，根据本征载流子浓度与温度的关系可得硅器件的极限工作温度约为520K。西安理工大学电子工程系马剑平18本征载流子浓度与温度的关系西安理工大学电子工程系马剑平19载流子浓度平衡态下的载流子浓度非平衡态下的载流子浓度可表示为：西安理工大学电子工程系马剑平20不同掺杂情况下的费米能级掺有某种杂质的半导体的载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。对于杂质浓度一定的半导体，随着温度的升高，载流子则是从以杂质电离为主来源过渡到以本征激发为主要来源的过程。相应地，费米能级则从位于杂质能级附近逐渐移近禁带中线处。对于n型半导体，费米能级位于禁带中线以上；而对于p型半导体，费米能级则位于禁带中线以下。杂质浓度越高，费米能级距离禁带中线越远。对于电子而言，越靠近导带电子能量越高；对于空穴而言，则是越靠近价带空穴的能量越高。西安理工大学电子工程系马剑平21掺杂半导体的费米能级热平衡电中性条件n型p型p0+nD+=n0+pA-n0=nD++p0p0=pA-+n0低温弱电离P0=0n0=nD+n0=0p0=pA-过渡区n0=

p0+

NDp0=n0+NA强电离n0=nD+

=

NDp0=pA-

=NA高温本征激发n0=

p0n0=

p0西安理工大学电子工程系马剑平22一般情况下关于EF和T的方程西安理工大学电子工程系马剑平23硅中电子和空穴迁移率与杂质和温度的关系对掺杂的锗、硅等原子半导体，主要的散射机构是声学波晶格散射和电离杂质散射.杂质散射使迁移率随温度增加而增大；晶格散射使迁移率随温度增加而降低。杂质浓度较低时,迁移率随温度升高迅速减小,晶格散射起主要作用.随着杂质浓度的增加，杂质散射逐渐加强。当杂质浓度很高时，在低温范围，迁移率随温度升高缓慢上升，直到很高温度(250°C)才稍有下降。说明杂质散射直到此时才让位于晶格振动散射为主。西安理工大学电子工程系马剑平24EcEFEiEv载流子浓度与能级的关系E0西安理工大学电子工程系马剑平25费米能级的深刻含义浓度越高￡费米能级越靠近事实上，能带与费米能级的距离决定了载流子的浓度。EvEcEFEi费米能级越靠近导带底，说明导带电子浓度越高。费米能级越靠近价带顶，则说明价带空穴浓度越高。西安理工大学电子工程系马剑平26准费米能级当半导体处于非平衡状态时，不再存在统一的费米能级。然而分别就价带和导带的电子而言，各自又基本处于平衡态，而导带和价带之间则处于非平衡态。对于非平衡态，费米能级和统计分布函数分别对导带和价带各自仍然适用。对于非平衡态下的导带和价带分别引人导带费米能级和价带费米能级，称为“准费米能级”。西安理工大学电子工程系马剑平27复合中心和陷阱中心复合中心：半导体中的杂质和缺陷可以在禁带中形成一定的能级，对非平衡载流子的寿命有很大影响。实验发现，杂质、缺陷越多，寿命越短，说明杂质和缺陷具有促进复合的作用。把促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心，重金属形成有效的复合中心。陷阱中心：半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，这些能级具有收容部分非平衡载流子的作用，杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。把产生显著陷阱效应的杂质和缺陷称为陷阱中心。西安理工大学电子工程系马剑平28表面复合实际上，少数载流子寿命值在很大程度上受半导体样品的形状和表面状态的影响。表面复合是指在半导体表面发生的复合过程。表面处的杂质和表面特有的缺陷也在禁带中形成复合中心能级，因此，表面复合仍为间接复合。表面复合率Us：单位时间通过单位表面积复合掉的电子-空穴对数。实验发现，表面复合率与表面处非平衡载流子浓度成正比，比例系数称为表面复合速度s。表面复合具有重要的实际意义，可以影响载流子的注入效果。西安理工大学电子工程系马剑平29俄歇复合载流子从高能级向低能级跃迁发生电子-空穴复合时，一定要释放出多余的能量。如果载流子将多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量常以声子形式放出，这种复合称为俄歇复合,其特征为伴随着复合过程有另一个载流子的跃迁过程。可将俄歇复合分为带间复合和与杂质和缺陷有关的复合两大类。在小信号情况下，俄歇复合率正比于非平衡载流子的浓度。西安理工大学电子工程系马剑平30欧姆接触整流接触所谓欧姆接触是指金属与半导体间接触电阻很小，不产生明显的附加阻抗，不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。

金属与半导体相接触，在紧密接触的金属和半导体之间加上电压时，阻挡层具有类似p-n结的伏-安特性，即有整流特性，则称为整流接触。

西安理工大学电子工程系马剑平31杂质半导体中的非平衡少子寿命小注入时，非平衡少子的寿命取决于n0、p0、n1、p1，其中最大者起主要作用。对于一般的复合中心，rn=rp=r,那么τp=τn=1/(Ntr)西安理工大学电子工程系马剑平32掺金工艺

在掺金的硅中，少子寿命与金的浓度成反比。因此，通过控制金浓度，可以在宽广的范围内改变少子的寿命。少量的有效复合中心就能大大缩短少数载流子的寿命,掺金工艺已作为缩短少数载流子的寿命的有效手段而广泛应用。西安理工大学电子工程系马剑平33肖特基二极管与PN结二极管肖特基二极管与PN结二极管具有类似的电流-电压关系，即它们都有单向导电性；但又有区别：首先，就载流子的运动形式而言，PN结正向导通时，由P区注入N区的空穴或由N区注入P区的电子都是少数载流子，它们先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流。这种注入的非平衡载流子的积累称为电荷存储效应，它严重地影响了PN结的高频特性。而肖特基二极管的正向电流主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，它是多数载流子器件，因此有比PN结更好的高频特性。其次，对于相同的势垒高度，肖特基二极管的JsD

或JsT

比PN结的反向饱和电流Js大得多。换言之，对于同样的使用电流，肖特基势垒二极管将有较低的正向导通电压，一般为0.3V左右。

西安理工大学电子工程系马剑平34强电场下欧姆定律发生偏离的原因主要可以从载流子与晶格振动散射时的能量交换过程来说明。在有电场存在时，载流子从电场中获得能量，随后又以发射声子的形式将能量传给晶格，稳态时平均的说，单位时间载流子从电场中获得的能量同给予晶格的能量相同。

在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子和晶格系统不再处于热平衡状态。此时，欧姆定律发生偏移，表明电导率不再是常数，随电场而变。电导率决定于载流子浓度和迁移率。平均漂移速度与电场强度不再成正比，迁移率随电场改变。

西安理工大学电子工程系马剑平35漂移迁移率和电导迁移率漂移迁移率：半导体内部电场稳定时，载流子具有一个恒定不变的平均漂移速度。电场强度增大，平均漂移速度也增大，将μ称为载流子的漂移迁移率，表示单位场强下载流子平均漂移速度。电导迁移率：对等能面为旋转椭球面的多极值半导体，因为晶体不同方向有效质量不同，所以引入半导体电导有效质量mc来取代m*，这样得到的迁移率μ称为电导迁移率，记为μc。西安理工大学电子工程系马剑平36强场效应、耿氏效应、异质结窗口效应强场效应：指当电场强度很强时，电流密度和电场强度关系偏离了欧姆定律，迁移率随电场变化。可以从载流子与晶格振动散射时能量交换过程来说明。在强电场情况下，载流子有效温度Te比晶格温度T高，载流子平均能量比晶格的大，在平均自由程不变的情况下，平均自由时间减小，因而迁移率降低。耿氏效应：在耿氏器件两端加上电压后，由于器件内局部掺杂不均匀，使器件内场强处于负微分电导区时，就形成带负电的电子积累层和带正电的由电离施主构成的电子耗净层，组成空间电荷偶极层，称为偶极畴。偶极畴形成后，畴内正负电荷产生一个与外加电场同方向的电场，使畴内电场增强，畴外电场降低随着偶极高场畴不断生成、生长达到稳定，形成耿氏震荡，这个效应称为耿氏效应。异质结窗口效应：用禁带宽度不同的两块半导体构成的异质结，并将禁带宽度Eg1大的半导体1作为光的入射面时，则半导体1的透射光谱与禁带宽度Eg2较小的半导体2的吸收光谱组成一个较宽的光谱范围，异质结对光谱范围具有很灵敏的光电特性。这一效应在太阳能电池，光电二极管等光电器件中有着实际的应用。西安理工大学电子工程系马剑平37扩散长度，牵引长度与德拜长度扩散长度：指非平衡载流子在复合前深入样品的平均距离，由扩散系数和材料非平衡少数载流子的寿命决定.牵引长度：非平衡载流子在电场的作用下，在寿命τ时间内所漂移的距离。德拜长度：在研究电介质表面极化层时提出的理论上的长度，用来描写正离子的电场所能影响到电子的最远距离。对于半导体，表面空间电荷所能影响到电子的最远距离，表面空间电荷层厚度随衬底掺杂浓度、介电常数、表面电势等许多因素而改变，但其厚度的数量级用一个特征长度—德拜长度LD表示。西安理工大学电子工程系马剑平38电阻率随温度的变化对于纯的本征半导体,电阻率主要由本征载流子浓度决定,电阻率随温度增加而单调地下降,这是半导体区别于金属的一个重要特征。ρT对于杂质半导体,既有杂质电离和本征激发两个因素,有杂质散射和晶格散射两种散射机构存在。温度很低时，本征激发可以忽略，散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，电阻率随温度升高而下降。温度较高时，杂质已全部电离，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，电阻率随温度升高而增大。高温及本征激发成为矛盾的主要方面时，电阻率又由本征载流子浓度决定，并随温度急剧下降。西安理工大学电子工程系马剑平39强场下欧姆定律发生偏离的原因载流子与晶格振动散射时的能量交换过程有电场存在时,载流子从电场中获得能量,随后又以声子的形式将能量传给晶格,即主要和声学波散射.达到稳定状态时,载流子与晶格系统处于热平衡状态,具有相同的热力学温度。在强场情况下,载流子从电场中获得的能量很多,在与晶格散射时,平均自由时间缩短,因而迁移率降低.由于载流子的平均能量比热平衡状态时的大,载流子不再与晶格系统保持热平衡,此时的载流子称为热载流子.但是,当场强进一步增强,载流子的能量高到散射时可以发射光学声子,载流子从电场中获得的能量大部分又消失,平均漂移速度达到饱和。西安理工大学电子工程系马剑平40vdIEIIE2IIETIIE1Iμ1IE1Iμ2IE2I2x104V/cm3.2x104V/cmn2>>n1n1>>n2能谷间的散射微分电导ΓLk<111>0.49eVEValley2Valley1n1n2ΔkΔE二阶导数代表曲率、一阶导数(斜率)代表速度。有效质量与曲率成反比、与曲率半径成正比、速度与斜率成正比、曲率大，曲率半径小，能谷1速度大、曲率大有效质量小，迁移率大。西安理工大学电子工程系马剑平41高场畴区及耿氏震荡由于某种原因比如掺杂不均匀出现一个高阻区,电场在此区集中,超过阈值时位于微分负电导区，使此区中的部分电子跃迁到高能谷中，平均漂移速度低于区外电子。由于区外电子速度较大，前端电子的快速逸出而区内电子不能及时补充从而形成电子耗尽层;同时后端电子又快速推进，而区内电子漂移缓慢，必然在后端形成电子的积累层。这样就形成了一个空间电荷偶极层，称为偶极畴，简称畴，畴的电场方向与外电场一致，使畴内电场进一步加强，畴外电场也有所降低，因此这种偶极畴又称高场畴。-V+--++随着漂移的进行,畴内电场的不断加强,畴的厚度继续增大,畴外电场也不断降低.最终畴内电子的漂移速度饱和,畴外电子的速度也降到与之相同，畴不再增长,畴区内外电子以相同的速度漂移。V=Edl=Ebd+(l-d)Ea西安理工大学电子工程系马剑平42一维n型半导体表面光照稳态少子分布n型E粒子数积累西安理工大学电子工程系马剑平43表面注入空穴的一维稳态扩散1样品足够厚：x=0，Δp(0)=(Δp)0,

末端x=∞，浓度Δp=02样品厚度为W，在W端非平衡少子被全部引出。即:x=0，Δp(0)=(Δp)0x=W，Δp(W)=0

西安理工大学电子工程系马剑平44xP(x)P(0)稳定光照射下的表面复合稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中均匀产生非平衡载流子,产生速率为gp,样品一端的表面复合速度为sp，平衡空穴浓度为p0。p0n型西安理工大学电子工程系马剑平45非平衡少子的运动：扩散、漂移和复合非平衡少子Δnp扩散区非平衡少子Δpn扩散区复合←扩散扩散→复合+-+-+++++++-------漂移Dp/Lp具有速度的量纲，称为扩散速度Dn/Ln具有速度的量纲，称为扩散速度p-n结的形成和能带p-n结的一个重要特点就是其中存在有电场很强的空间电荷区，故p-n结的形成机理，关键也就在于空间电荷区的形成问题；p-n结的能带也就反映了空间电荷区中电场的作用。从能量上来看，由于空间电荷所形成的内建电场的出现，就使得电子在p型半导体一边的能量提高了，同时空穴在n型半导体一边的能量也提高了；而在界面附近处产生出了一个阻挡载流子进一步扩散的势垒—p-n结势垒。由于n型和p型两边存在着内建电势差，电子在n型半导体中和在p型半导体中的势能就不相等了。由于电场等于电势降落的梯度，因此能带在p-n结势垒区中是倾斜的，载流子在势垒区内的运动主要靠漂移；但在势垒区以外的能带是水平的，载流子的运动主要靠扩散。西安理工大学电子工程系马剑平16西安理工大学电子工程系马剑平47平衡p-n结的载流子分布pnpp0np0nn0pn0P’n’n(x)p(x)x-xpxn西安理工大学电子工程系马剑平48势垒边界处非平衡少数载流子的浓度分布n区势垒边界x=xn非平衡少子Δpn(xn)p区势垒边界x=xp非平衡少子Δnp(xp)西安理工大学电子工程系马剑平41西安理工大学电子工程系马剑平41为什么认为通过理想p-n结的电流（正向电流和反向电流）都是少数载流子在扩散区的扩散电流？载流子通过势垒区的方式主要有三种：若势垒厚度非常薄（与载流子deBlolig波长相当），则为量子隧道效应方式；若势垒厚度较薄（大于deBlolig波长，但小于载流子的平均自由程），则为热发射方式；若势垒厚度较厚（大于载流子平均自由程），则为依靠浓度梯度的扩散方式。因为势垒区近似为耗尽层,属于高阻区,则外加电压将完全降落在势垒区,扩散区中没有电压和电场。外加电压可以改变势垒区的特性：正向电压使电场减弱、势垒厚度减薄和势垒高度降低；反向电压使电场增强、势垒厚度增厚和势垒高度升高。②因为扩散区中没有电场，则载流子在扩散区中的电流就是由浓度梯度所产生的扩散电流，而不存在漂移电流。③根据电流的连续性，若载流子由漂移和扩散相继产生电流时，则总电流的大小将主要受到最慢、最小过程的限制。例如，当一种载流子相继进行扩散和漂移（不是既有扩散、又有漂移）时，则电流大小将主要由较慢的扩散过程来决定，而与迅速的漂移过程基本上无关。④少数载流子电流不一定小于多数载流子电流。因为少数载流子电流决定于载流子浓度的梯度（与浓度大小无关），多数载流子电流决定于载流子浓度的大小，两种电流的大小不可因载流子的多少而论。西安理工大学电子工程系马剑平43pn结的正向电流当p-n结加上正向电压时，势垒高度降低(势垒厚度也减薄)，则载流子按照Boltzmann能量分布规律，即有一定数量的载流子“越过”势垒区而到达对面的扩散区表面（扩散区与势垒区的界面）。这种“越过”势垒区的过程不是电场的漂移作用，而是载流子能量的统计作用(实际上就是载流子的热发射效应)，不需要考虑渡越时间。然而，到达对面扩散区表面的载流子成为了少数载流子，不能很快地到达对面的电极而形成电流，于是就在散区表面附近积累、形成浓度梯度，然后一边向内部扩散、一边复合，从而产生了电流—扩散电流。所以，理想p-n结的正向电流主要是少数载流子在扩散区中的扩散电流，至于载流子“越过”势垒区过程的限制作用就被忽略了。pn结的反向电流p-n结的反向电流包含少数载流子扩散电流和复合中心的产生电流。p-n结的反向扩散电流：当p-n结加上反向电压时，势垒高度升高（势垒厚度也增大），则由于能量分布的限制，载流子不能“越过”势垒区；这时n区边界xn附近的空穴被势垒区的强电场驱向p区，而p区边界xp附近的电子被驱向n区。当这些少数载流子被电场驱走后，就形成与正向注入时方向恰好相反的少数载流子的密度梯度，p区和n区内部的少子就会分头向势垒区方向扩散，形成反向偏压下的电子扩散电流和空穴扩散电流。这种情况好像少数载流子不断地被抽出来，所以称为少数载流子的抽取。与此同时，只要载流子进入势垒区，就马上被电场拉向(漂移)到对面、并形成反向电流。可见，形成p-n结的反向电流包含两个过程—少数载流子在扩散区中的反向扩散过程和载流子漂移渡越势垒区的过程；但因为载流子漂移渡越势垒区的过程很快，可以忽略，所以p-n结的反向电流即可认为主要是少数载流子在扩散区中的扩散电流。p-n结的反向产生电流：在反向电压下，势垒区处于载流子严重欠缺的非平衡状态，则为了恢复平衡，势垒区中的复合中心产生出大量的电子和空穴对，并且电子即被电场拉向n型半导体一边、空穴即被电场拉向p型半导体一边，从而就形成了反向电流。因为产生电流主要决定于势垒区中产生中心的数量，而势垒厚度会随着反向电压的增大而展宽，所以产生中心的数量也将随着反向电压的增大而增多，于是反向产生电流也就不会饱和—电流与电压有关。西安理工大学电子工程系马剑平46西安理工大学电子工程系马剑平52突变结的势垒电容CT时n区边界xn附近的空穴被势垒区的强电场驱向p区，而p区边界xp附近的电子被驱向n区。当这些少数载流子被电场驱走后，就形成与正向注入时方向恰好相反的少数载流子的密度梯度，p区和n区内部的少子就会分头向势垒区方向扩散，形成反向偏压下的电子扩散电流和空穴扩散电流。这种情况好像少数载流子不断地被抽出来，所以称为少数载流子的抽取。西安理工大学电子工程系马剑平53阻挡层的整流作用外加电压V于金属,由于阻挡层是一个高阻区,因此电压主要降落在阻挡层上,原来半导体表面和内部之间的电势差即表面势Vs0现在应为-q[Vs0+V]。显然,外加电压V与原来表面势Vs0符号相同时,阻挡层将提高,否则势垒将下降。对于n型阻挡层而言,由于表面势Vs0<0,加在金属上的正电压(V>0)将使半导体一边到金属的势垒降低,但金属中的电子要想进入半导体所面临的势垒高度却不随是否外加电压而变化,因为金属的费米能级几乎不随外加电压而变化，从金属到半导体的电子电流是恒定的。西安理工大学电子工程系马剑平54表面电场效应反偏多子积累,正偏多子耗尽,少子反型EvEcEFEiEi=EF时，表面处导带电子浓度等于价带空穴浓度.EvEcEFEiP型EvEcEFEiqVBEvEcEFEiEvEcEFEiEvEcEFEiEvEcEFEiEvEcEFEiqVBqVB西安理工大学电子工程系马剑平55Ei=EF时，表面处价带空穴浓度等于导带电子浓度.n型EvEcEFEiEvEcEFEiqVBEvEcEFEiqVB表面电场效应反偏多子积累,正偏多子耗尽,少子反型理想MIS结构的充放电(a)负电压在MIS电容器中产生的正负电荷分别聚集在绝缘层两边的金属和半导体表面(b)当UG>0，但不足以使半导体表面反型时，空间电荷区处于耗尽状态，电容器CS的充放电反映在耗尽层厚度的变化上反型层一旦形成，耗尽层的空间电荷区基本不再随UG升高而改变，其宽度保持在极大值xd,max,大量电子聚集在半导体表面，与金属表面的大量正电荷一起分布在绝缘层两边,耗尽层空间电荷对MIS电容的贡献完全被表面反型层屏蔽掉.当UG频率极高，以至在其过短的作用时间内，反型层中电子的产生远远满足不了形成强反型层对电荷量的需要，那么，即使UG已超过UT，也不能在半导体表面形成强反型层，这时对半导体起屏蔽作用的只能是耗尽层，电压增量引起的电荷增量仍须通过耗尽层的扩展来提供，而在反型层中没有相应的电量变化西安理工大学电子工程系马剑平56

（a）多子积累(b)多子耗尽(c)强反型（低频）(d)强反型（高频）(a)多子积累(b)多子耗尽(c)