چه چیزی دیفیوژن ظرفیت است

تعریف ظرفیت پخش

ظرفیت پخش نوعی از اثر ظرفیت دیفرانسیلی در محل اتصال p-n است که زمانی که به صورت مثبت بایاس شده است. این اثر ناشی از فرآیند پخش مواد مختلف در دستگاه‌های نیم‌رسانا مانند محل اتصال PN یا MOSFET است، یعنی تعداد کمی از حامل‌ها در منطقه دوپ شده به منطقه غیردوپ شده پخش می‌شوند تا یک منطقه بار فضایی را تشکیل دهند و در نهایت به عنوان یک اثر ظرفیتی ظاهر می‌شوند.

اصل اساسی

وقتی که محل اتصال PN به صورت مثبت بایاس شده است، حامل‌ها (الکترون‌ها و سوراخ‌ها) به ترتیب از مناطق P و N به یکدیگر پخش می‌شوند. در فرآیند پخش، منطقه P تعدادی از جین‌های غیرتعادلی (الکترون) تجمع می‌کند و منطقه N تعدادی از جین‌های غیرتعادلی (سوراخ) تجمع می‌کند. این جین‌های غیرتعادلی تجمع یافته یک ذخیره بار مشابه یک خازنه را تشکیل می‌دهند با قابلیت ذخیره بار. اندازه ظرفیت پخش با ولتاژ بایاس مثبت، دما و خواص مواد نیم‌رسانا مرتبط است. هرچه ولتاژ بایاس مثبت بیشتر باشد، ظرفیت پخش بزرگتر خواهد بود.

تشکیل ظرفیت پخش

وقتی یک ولتاژ متناوب به یک محل اتصال نیم‌رسانا اعمال می‌شود، غلظت جین‌های کمیت با ولتاژ متغیر است. این جین‌های کمیت به طور تصادفی در نیم‌رسانا حرکت می‌کنند و نزدیک به محل اتصال نیم‌رسانا تجمع می‌یابند. این تجمع معادل یک اثر ظرفیتی است، یعنی ظرفیت پخش.

عبارت ظرفیت پخش معمولاً می‌تواند به صورت زیر نوشته شود:

• CD ظرفیت پخش است.

• Qn بار کمیت است.

• V ولتاژ اعمال شده است.

ظرفیت پخش در دیود

در دیودها، ظرفیت‌های پخش عمدتاً در حالت بایاس مثبت ظاهر می‌شوند. وقتی دیود به صورت مثبت بایاس شده است، جین‌های کمیت (مانند سوراخ‌ها در نیم‌رسانا‌های نوع N) به منطقه P تزریق می‌شوند که منجر به تغییر در غلظت جین می‌شود. تغییر غلظت جین یک اثر ظرفیتی را تشکیل می‌دهد، یعنی ظرفیت پخش.

ظرفیت پخش در ترانزیستور

در ترانزیستورها (مانند BJT، MOSFET‌ها و غیره)، ظرفیت پخش بین پایه و انتشار وجود دارد. وقتی ترانزیستور در شرایط فرکانس بالا یا سرعت بالا کار می‌کند، تأثیر ظرفیت پخش بیشتر آشکار می‌شود، زیرا تأثیر آن بر تقویت ترانزیستور و پاسخ فرکانسی است.

تأثیر ظرفیت پخش

تأثیر ظرفیت پخش در دستگاه‌های نیم‌رسانا عمدتاً در جنبه‌های زیر منعکس می‌شود:

• عملکرد فرکانس بالا: در کاربردهای فرکانس بالا، ظرفیت‌های پخش باند عرض دستگاه را محدود می‌کنند و عملکرد فرکانس بالای آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

• سرعت تغییر وضعیت: در کاربردهای تغییر وضعیت، ظرفیت پخش می‌تواند سرعت دستگاه‌های تغییر وضعیت را تحت تأثیر قرار دهد و ضایعات تغییر وضعیت را افزایش دهد.

• تحریف سیگنال: در تقویت‌کننده‌ها، ظرفیت‌های پخش می‌توانند تأخیر فاز اضافی را معرفی کنند که منجر به تحریف سیگنال می‌شود.

فرمول محاسبه

محاسبه ظرفیت پخش معمولاً بر اساس مدل‌های فیزیک نیم‌رسانا انجام می‌شود. برای یک دیود، ظرفیت پخش می‌تواند به صورت زیر تقریب زده شود:

• Q بار الکترونی است.

• NA غلظت دوپ شدن است.

• μn متحرکی الکترون است.

• ϵr ثابت دی الکتریک نسبی است.

• ϵ0 ثابت دی الکتریک خلاء است.

• VT ولتاژ گرمایی است، n = kT/q، k ثابت بولتزمن است، T دمای مطلق است.

• Vbi پتانسیل داخلی است.

کاربرد

• مدارهای فرکانس بالا: در مدارهای رادیویی (RF) و میکروویو، تأثیر ظرفیت پخش نمی‌تواند نادیده گرفته شود.

• مدارهای دیجیتال با سرعت بالا: در مدارهای دیجیتال با سرعت بالا، ظرفیت پخش می‌تواند زمان بالاریز و پایین ریز سیگنال را تحت تأثیر قرار دهد.

• مدیریت توان: در مدار مدیریت توان، ظرفیت پخش کارایی تغذیه توان تبادلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.