Mis on diffuusioonikapasitants?
Diffusion kapasitansi definitsioon
Diffusioonikapasitans on p-n ühenduse diferentsiaalkapasitansieffect positiivsel pingel. See tekib semivoodete seadmete (nt PN-ühend või MOSFET) diffusiooniprotsessi tõttu, kui mõned vedajad dopite piirkonnast liiguvad dopimata piirkonda, luues ruumilise laengupiirkonna, mis lõpuks ilmneb kapasitansieffektina.
Põhiline printsiip
Kui PN-ühend on edasi viidetud, siis vedajad (elektronid ja aukad) liiguvad vastavalt P- ja N-piirkondadest üksteise poole. Diffusiooniprotsessi käigus kumulatiivne mitteekvilibriumi Jane (elektron) P-piirkonnas ja mitteekvilibriumi Jane (auk) N-piirkonnas. Need kumulatiivsed mitteekvilibriumi väikesed vedajad moodustavad mingi laengu varu, nagu kondensaator, mis suudab laengu hoolda. Diffusioonikapasitansi suurus on seotud edasi viidetud pingega, temperatuuriga ja semivoode materjalide omadustega. Mida suurem on edasi viidetud pingeline, seda suurem on diffusioonikapasitans.
Diffusioonikapasitansi tekkimine
Kui alternatiivpinge rakendatakse semivoode ühendusele, muutub vähemuste kontsentratsioon pingega. Need vähemused liiguvad juhuslikult semivoodes ja kumuleeruvad semivoode ühenduse lähedal. See kumulatsioon on vastavalt kapasitansieffektile, st diffusioonikapasitansile.
Diffusioonikapasitansi avaldis saab tavaliselt kirjutada kui:
CD on diffusioonikapasitans.
Qn on vähemuste laeng.
V on rakendatud pinge.
Diffusioonikapasitans dioodis
Dioodides näituvad diffusioonikapasitandid peamiselt edasi viidetud olekus. Kui diood on edasi viidetud, sisestatakse vähemused (nt aukad N-tüübi semivoodes) P-piirkonda, mis toob kaasa vähemuste kontsentratsiooni muutuse. Vähemuste kontsentratsiooni muutus moodustab kapasitansieffekti, st diffusioonikapasitansi.
Diffusioonikapasitans tranzistoris
Tranzistorites (nt BJT, MOSFETid jne) eksisteerib diffusioonikapasitans ka baasi ja emitteeri vahel. Kui tranzistor töötab kõrge sageduse või kiire režiimis, on diffusioonikapasitansi mõju selgem, kuna see mõjutab tranzistori võimsust ja sagedusspetsiifikatsiooni.
Diffusioonikapasitansi mõju
Semivoode seadmetes on diffusioonikapasitansi mõju peamiselt järgmistes aspektides:
Kõrge sagedusega performants: Kõrge sageduse rakendustes piiravad diffusioonikapasitandid seadme laiuse ja mõjutavad selle kõrge sagedusega performantst.
Lülitumiskiirus: Lülitumisrakendustes võib diffusioonikapasitans mõjutada lülitumisseadmete kiirust ja suurendada lülitumiskahju.
Signaali deformatsioon: Tugevdamisrakendustes võivad diffusioonikapasitandid tuua kaasa lisafaseviivitust, mis toob kaasa signaali deformatsiooni.
Arvutusvalem
Diffusioonikapasitansi arvutamine põhineb tavaliselt semivoode füüsika mudelitel. Dioodi puhul saab diffusioonikapasitansi lähendada kui:
Q on elektroni laeng.
NA on dopimine kontsentratsioon.
μn on elektroni mobilsus.
ϵr on suhteline dielektriline vakruus.
ϵ0 on vakuumi dielektriline vakruus.
VT on termiline pinge, n = kT/q, k on Boltzmanni konstant, T on absoluutne temperatuur.
Vbi on sisseehitatud potentsiaal.
Rakendamine
Kõrge sagedusega tsüklid: Raadiosageduse (RF) ja mikrokiirgus-tsüklites ei saa ignoreerida diffusioonikapasitansi mõju.
Kiire digitaaltsükkel: Kiire digitaaltsükli puhul võib diffusioonikapasitans mõjutada signaali tõusuaega ja langusaega.
Jõudluse haldus: Jõudluse haldustsükli puhul mõjutab diffusioonikapasitans lülitumispäästiku efektiivsust.
