Que é a capacitancia de difusión
Definición de capacitancia de difusión
A capacitancia de difusión é un tipo de efecto de capacitancia diferencial dunha xunción p-n cando está polarizada positivamente. É causada polo proceso de difusión de diferentes tipos de materiais nos dispositivos semiconductores como as xuncións PN ou MOSFET, é dicir, algúns portadores na rexión dopada difunden á rexión non dopada para formar unha rexión de carga espacial e finalmente aparecen como un efecto de capacitancia.
Principio básico
Cando a xunción PN está polarizada en avance, os portadores (electróns e buracos) difundirán desde as rexións P e N respectivamente. No proceso de difusión, a rexión P acumula unha cantidade determinada de Jane non equilibrado (electróns), e a rexión N acumula unha cantidade determinada de Jane non equilibrado (buracos). Estes portadores minoritarios acumulados forman un almacenamento de carga, como un condensador, coa capacidade de almacenar carga. O tamaño da capacitancia de difusión está relacionado coa tensión de polarización en avance, temperatura e propiedades dos materiais semiconductores. Canto maior sexa a tensión de polarización en avance, maior será a capacitancia de difusión.
A formación da capacitancia de difusión
Cando se aplica unha tensión AC a unha xunción semiconductora, a concentración dos portadores minoritarios varía coa tensión. Estes portadores minoritarios moveñanse aleatoriamente no semiconductor e acumúlanse preto da xunción semiconductora. Esta acumulación é equivalente a un efecto de capacitancia, nomeadamente a capacitancia de difusión.
A expresión para a capacitancia de difusión pode escribirse xeralmente como:
CD é a capacitancia de difusión.
Qn é a carga minoritaria.
V é a tensión aplicada.
Capacitancia de difusión nun díodo
Nos díodos, os condensadores de difusión aparecen principalmente no estado de polarización en avance. Cando o díodo está polarizado en avance, os portadores minoritarios (como os buracos nos semiconductores de tipo N) son inxectados na rexión P, resultando nun cambio na concentración de portadores minoritarios. O cambio na concentración de Jane forma un efecto de capacitancia, nomeadamente a capacitancia de difusión.
Capacitancia de difusión nun transistor
Nos transistores (como BJT, MOSFETs, etc.), a capacitancia de difusión tamén existe entre a base e o emisor. Cando o transistor traballa en condicións de alta frecuencia ou alta velocidade, a influencia da capacitancia de difusión é máis aparente, porque afecta ao ganho do transistor e á resposta de frecuencia.
Efecto da capacitancia de difusión
A influencia da capacitancia de difusión nos dispositivos semiconductores reflicte principalmente nos seguintes aspectos:
Rendemento de alta frecuencia: Nas aplicacións de alta frecuencia, os condensadores de difusión limitan a anchura de banda do dispositivo e afectan ao seu rendemento de alta frecuencia.
Velocidade de conmutación: nas aplicacións de conmutación, a capacitancia de difusión pode afectar á velocidade dos dispositivos de conmutación, aumentando a perda de conmutación.
Distorsión de sinal: Nos amplificadores, os condensadores de difusión poden introducir un retraso de fase adicional, resultando en distorsión de sinal.
Fórmula de cálculo
O cálculo da capacitancia de difusión basease xeralmente en modelos da física dos semiconductores. Para un díodo, a capacitancia de difusión pode aproximarse como:
Q é a carga electrónica.
NA é a concentración de dopado.
μn é a mobilidade dos electróns.
ϵr é a constante dieléctrica relativa.
ϵ0 é a constante dieléctrica do vacío.
VT é a tensión térmica, n = kT/q, k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura absoluta.
Vbi é o potencial incorporado.
Aplicación
Circuitos de alta frecuencia: En circuitos de radiofrecuencia (RF) e microondas, o efecto da capacitancia de difusión non pode ser ignorado.
Circuito digital de alta velocidade: no circuito digital de alta velocidade, a capacitancia de difusión pode afectar ao tempo de subida e caída do sinal.
Xestión de enerxía: No circuito de xestión de enerxía, a capacitancia de difusión afecta á eficiencia da fonte de alimentación de conmutación.
