Diffusion Kapasitansi nədir?

Difuziya kapasitansi tərif

Difuziya kapasitansi, p-n qovşağı pozitiv yükləndikdə meydana gələn bir növ diferensial kapasitans effektidir. Bu, PN qovşaq və ya MOSFET kimi yarıiletken cihazlarda fərqli növ materialların difuziya prosesindən (yəni, dozlaşdırılmış bölgədən az sayda nosorlarin (elektronlar və ya deliklər) dozlaşdırılmayan bölgəyə keçməsi və burada bir zərurət sahəsi yaratması) mənfiyyətdən irəli gəlir və sonunda kapasitans effekti kimi görünür.

Əsas prinsip

PN qovşaq ötürdüyü yükümlülük ilə yükləndikdə, nosorlar (elektronlar və deliklər) P və N bölgələrindən bir-birinə doğru diffuziya edirlər. Diffuziya prosesində P sahəsində bəzi miktardakı nəzəri dəyərdən çox Jane (elektron) birikir, N sahəsində isə bəzi miktardakı nəzəri dəyərdən çox Jane (delik) birikir. Bu birikmiş nəzəri dəyərdən çox az sayıda nosorlar belə bir zərurət depozu təşkil edir, bu da bir kapasitordan ibarət olaraq, yük saxlamaq imkanına malikdir. Difuziya kapasitansın ölçüsü, ötürdüyü yükümlülük voltajına, temperatur və yarıiletken materialların xüsusiyyətlərinə bağlıdır. Ötürdüyü yükümlülük voltajı neçəsə, difuziya kapasitans o qədər böyükdür.

Difuziya kapasitansının formalaşması

Bir AC voltaj yarıiletken qovşağa tətbiq edildikdə, az sayıda nosorların konsentrasiyası voltajla dəyişir. Bu az sayıda nosorlar yarıiletken daxilində rasgele hərəkət edir və yarıiletken qovşaq yaxınlığında birikir. Bu birikmə, yəni difuziya kapasitans, kapasitans effektinə bərabərdir.

Difuziya kapasitansı üçün ifadə adətən belə yazılır:

• CD - difuziya kapasitansıdır.

• Qn - az sayıda nosorların yüküdür.

• V - tətbiq olunan voltajdır.

Diodda difuziya kapasitansi

Diodlarda, difuziya kapasitanları əsasən ötürdüyü yükümlülük halında görünür. Diod ötürdüyü yükümlülük alındıqda, az sayıda nosorlar (N tipi yarıiletkenlərdəki deliklər kimi) P bölgəsinə injeksiya olunur, bu da az sayıda nosorların konsentrasiyasında dəyişikliklərə səbəb olur. Az sayıda nosorların konsentrasiyasında meydana gələn dəyişiklik kapasitans effektini, yəni difuziya kapasitansını təşkil edir.

Transistorlarda difuziya kapasitansi

Transistorlarda (BJT, MOSFET və s.) bazanın və emiterin arasında da difuziya kapasitansı mövcuddur. Transistor yüksək frekvensiya və ya sürətli şərtlərdə işlədiqda, difuziya kapasitansının təsiri daha açıq görülür, çünki bu transistorun amplifikasiyası və frekvensiyaya cavab verməsinə təsir edir.

Difuziya kapasitansının təsiri

Difuziya kapasitansının yarıiletken cihazlarda təsiri əsasən aşağıdakı aspektlərdə görsənir:

• Yüksək frekvensiya performansı: Yüksək frekvensiya tətbiqlərində, difuziya kapasitanları cihazın frekvensiya diapazonunu məhdudlaşdıra bilər və onun yüksək frekvensiya performansını təsir edə bilər.

• Keçid sürəti: Keçid tətbiqlərində, difuziya kapasitansı keçid cihazlarının sürətinə təsir edə bilər və keçid zədəsini artırır.

• Sinyal deformatsiyası: Genişləndirmələrdə, difuziya kapasitanları əlavə faz gecikməsi yaradaraq, sinyal deformatsiyasına səbəb ola bilər.

Hesablama düsturu

Difuziya kapasitansının hesablanması adətən yarıiletken fizikasında olan modellərlə əsaslanır. Diod üçün, difuziya kapasitansı təxminən belə ifadə edilə bilər:

• Q - elektron yüküdür.

• NA - dozlaşdırma konsentrasiyasıdır.

• μn - elektron mobilidir.

• ϵr - nisbi dielektrik sabitidir.

• ϵ0 - vakuumun dielektrik sabitidir.

• VT - termal voltaj, n = kT/q, k - Boltzman sabiti, T - mutlak temperaturdur.

• Vbi - qurulmuş potensialdır.

Tətbiq

• Yüksək frekvensiya dairələri: Radyo frekvensiya (RF) və mikrodalga dairələrində, difuziya kapasitansının təsiri nəzərə alınmalıdır.

• Yüksək sürətli rəqəmsal dairələr: Yüksək sürətli rəqəmsal dairələrdə, difuziya kapasitansı sinyalın yüksəldilmə və endirdilmə sürətinə təsir edə bilər.

• Güc idarə edilməsi: Guc idarə edilmə dairələrində, difuziya kapasitansı çevirici güc tedarikinin effektivliyini təsir edir.