Ёмкости p-n перехода
Ёмкость p-n перехода состоит из барьерной и диффузионной ёмкостей. Барьерная ёмкость
определяется нескомпенсированными зарядами ионов вблизи p-n перехода и изменяется при изменении
его толщины под воздействием запирающего напряжения. Идеальный p-n
переход при анализе можно представить в виде плоского конденсатора, емкость которого вычисляется при помощи
следующей формулы:
, (1)
где П — площадь p-n перехода;
ε — диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала;
δ — толщина p-n перехода.
Мы уже определяли ранее, что толщина p-n перехода зависит от поданного на него обратного напряжения,
соответственно меняется и его ёмкость. Зависимость барьерной емкости от приложенного к p-n переходу
обратного напряжения описывается формулой:
, (2)
где C0 — емкость p-n перехода при Uобр = 0;
UК — контактная разность потенциалов p-n перехода;
Uобр — запирающее напряжение, приложенное к p-n переходу;
γ — коэффициент, зависящий от типа p-n перехода.
Для резких полупроводниковых p-n переходов коэффициент γ = 1/2, а для
плавных γ = 1/3. Типовая зависимость величины барьерной ёмкости от приложенного к p-n
переходу напряжения показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Зависимость величины барьерной ёмкости от обратного напряжения
p-n перехода
Зависимость барьерной ёмкости от напряжения широко используется в радиоэлектронной технике. Изготавливаются специальные
полупроводниковые приборы: варикапы и варакторы, основным полезным свойством
которых является изменение ёмкости от напряжения. Это свойство используется в генераторах, управляемых напряжением (ГУН) и частотных модуляторах радиопередатчиков.
В других полупроводниковых приборах, таких как биполярные и полевые транзисторы, барьерная ёмкость p-n
перехода является фактором, ограничивающим частотный диапазон прибора, и её стараются уменьшать. Так как толщина
p-n перехода уменьшается с ростом концентрации неосновных носителей заряда, то барьерная емкость
увеличивается при увеличении концентрации неосновных носителей заряда NА и NД, и
уменьшается при уменьшении концентрации.
А теперь рассмотрим, как образуется диффузионная емкость. При протекании диффузионного тока через p-n
переход, при подаче напряжения в прямом направлении, растет концентрация неосновных носителей заряда, инжектированных
в p- и n-области. Это приводит к накоплению заряда вблизи p-n перехода. Это
явление можно рассматривать как появление дополнительной емкости, а так как она образуется диффузионным током, то эта ёмкость
получила название диффузионной.
Теперь определим значение диффузионной ёмкости. Любую ёмкость можно найти из выражения:
. (3)
А концентрацию инжектированных носителей заряда мы находили при анализе
прямого включения p-n перехода. Воспользовавшись выражениями (2) и (3) из этой статьи, определим значение
диффузионной ёмкости:
. (4)
Зависимость величины диффузионной ёмкости от прямого напряжения на p-n переходе показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Зависимость диффузионной ёмкости от напряжения
Полная емкость p-n перехода определяется суммой барьерной и диффузионной емкостей:
Cпер =
Cбар +
Cдиф (5)
При прямом включении p-n перехода преобладает диффузионная емкость, а при обратном — барьерная.
Следует заметить, что диффузионная ёмкость имеет большое значение в формировании частотных характеристик таких электронных
приборов, как биполярные транзисторы. В высокочастотных схемах приходится эти ёмкости включать в состав согласующих цепей,
которые часто используются на входе и выходе усилительных каскадов.
Дата последнего обновления файла
26.11.2023
Понравился материал? Поделись с друзьями!
Литература:
Вместе со статьей "Ёмкости p-n перехода" читают:
Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/
Прямое включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/open/
Обратное включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/close/
Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/vah_teor/
Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2024