Qu'est-ce que la Capacité de Diffusion?

Définition de la capacité de diffusion

La capacité de diffusion est un type d'effet de capacité différentielle d'une jonction p-n lorsqu'elle est polarisée positivement. Elle est causée par le processus de diffusion de différents types de matériaux dans les dispositifs semi-conducteurs tels que la jonction PN ou le MOSFET, c'est-à-dire, quelques porteurs dans la région dopée diffusent vers la région non dopée pour former une région de charge spatiale, et finalement apparaissent comme un effet de capacité.

Principe de base

Lorsque la jonction PN est polarisée en avant, les porteurs (électrons et trous) se diffusent respectivement des régions P et N l'une vers l'autre. Au cours du processus de diffusion, la zone P accumule une certaine quantité de Jane non équilibrée (électron), tandis que la zone N accumule une certaine quantité de Jane non équilibrée (trou). Ces particules minoritaires non équilibrées accumulées forment un certain stockage de charge, semblable à un condensateur, avec la capacité de stocker des charges. La taille de la capacité de diffusion est liée à la tension de polarisation positive, à la température et aux propriétés des matériaux semi-conducteurs. Plus la tension de polarisation positive est grande, plus la capacité de diffusion est grande.

Formation de la capacité de diffusion

Lorsqu'une tension alternative est appliquée à une jonction semi-conductrice, la concentration des particules minoritaires varie avec la tension. Ces particules minoritaires se déplacent de manière aléatoire dans le semi-conducteur et s'accumulent près de la jonction semi-conductrice. Cette accumulation est équivalente à un effet de capacité, à savoir la capacité de diffusion.

L'expression de la capacité de diffusion peut généralement être écrite comme suit:

• CD est la capacité de diffusion.

• Qn est la charge minoritaire.

• V est la tension appliquée.

Capacité de diffusion dans un diode

Dans les diodes, les capacités de diffusion apparaissent principalement dans l'état de polarisation positive. Lorsque la diode est polarisée en avant, les particules minoritaires (telles que les trous dans les semi-conducteurs de type N) sont injectées dans la région P, entraînant un changement de la concentration des particules minoritaires. Le changement de concentration de Jane forme un effet de capacité, à savoir la capacité de diffusion.

Capacité de diffusion dans un transistor

Dans les transistors (comme les BJT, MOSFET, etc.), la capacité de diffusion existe également entre la base et l'émetteur. Lorsque le transistor fonctionne dans des conditions de haute fréquence ou de grande vitesse, l'influence de la capacité de diffusion est plus apparente, car elle affecte le gain du transistor et la réponse en fréquence.

Effet de la capacité de diffusion

L'influence de la capacité de diffusion dans les dispositifs semi-conducteurs se reflète principalement dans les aspects suivants:

• Performance en haute fréquence: Dans les applications à haute fréquence, les capacités de diffusion limitent la bande passante du dispositif et affectent sa performance en haute fréquence.

• Vitesse de commutation: dans les applications de commutation, la capacité de diffusion peut affecter la vitesse des dispositifs de commutation, augmentant ainsi la perte de commutation.

• Distorsion du signal: Dans les amplificateurs, les capacités de diffusion peuvent introduire un retard de phase supplémentaire, entraînant une distorsion du signal.

Formule de calcul

Le calcul de la capacité de diffusion est généralement basé sur des modèles en physique des semi-conducteurs. Pour une diode, la capacité de diffusion peut être approximée comme suit:

• Q est la charge électrique.

• NA est la concentration de dopage.

• μn est la mobilité des électrons.

• ϵr est la constante diélectrique relative.

• ϵ0 est la constante diélectrique du vide.

• VT est la tension thermique, n = kT/q, k est la constante de Boltzmann, T est la température absolue.

• Vbi est le potentiel intrinsèque.

Application

• Circuits haute fréquence: Dans les circuits radiofréquence (RF) et micro-ondes, l'effet de la capacité de diffusion ne peut pas être ignoré.

• Circuit numérique à haute vitesse: dans les circuits numériques à haute vitesse, la capacité de diffusion peut affecter le temps de montée et de descente du signal.

• Gestion de puissance: Dans un circuit de gestion de puissance, la capacité de diffusion affecte l'efficacité de l'alimentation à découpage.