डिफ्यूजन क्षमता क्या है?
डिफ्यूजन क्षमता की परिभाषा
डिफ्यूजन क्षमता एक प्रकार की डिफरेंशियल क्षमता प्रभाव होती है जो p-n जंक्शन में जब इसे सकारात्मक बायस दिया जाता है। यह अर्धचालक उपकरणों जैसे PN जंक्शन या MOSFET में विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के डिफ्यूजन प्रक्रिया के कारण होती है, जिसमें डोपिंग किए गए क्षेत्र से कुछ कैरियर अडोप्ड क्षेत्र में फैलते हैं और एक स्थानिक आवेश क्षेत्र बनाते हैं, जो अंत में क्षमता प्रभाव के रूप में दिखाई देता है।
मूल तथ्य
जब PN जंक्शन को अग्रदिशित (फोर्वर्ड-बायस) किया जाता है, तो कैरियर (इलेक्ट्रॉन और होल) P और N क्षेत्रों से एक-दूसरे की ओर फैलते हैं। फैलाव की प्रक्रिया में, P क्षेत्र में एक निश्चित मात्रा में असंतुलित जेन (इलेक्ट्रॉन) और N क्षेत्र में एक निश्चित मात्रा में असंतुलित जेन (होल) एकत्रित होते हैं। इन एकत्रित असंतुलित अल्पसंख्यक कणों द्वारा एक निश्चित आवेश संचय बनता है, जो कैपेसिटर की तरह, आवेश को संचयित करने की क्षमता रखता है। डिफ्यूजन क्षमता का आकार अग्रदिशित वोल्टेज, तापमान और अर्धचालक सामग्रियों के गुणों से संबंधित होता है। अग्रदिशित वोल्टेज जितना बड़ा होता है, डिफ्यूजन क्षमता उतनी ही बड़ी होती है।
डिफ्यूजन क्षमता का निर्माण
जब एक एसी वोल्टेज को एक अर्धचालक जंक्शन पर लगाया जाता है, तो अल्पसंख्यक कणों की सांद्रता वोल्टेज के साथ बदलती रहती है। ये अल्पसंख्यक कण अर्धचालक में यादृच्छिक रूप से चलते हैं और अर्धचालक जंक्शन के पास एकत्रित होते हैं। यह एकत्रित किया गया आवेश एक क्षमता प्रभाव के बराबर होता है, जिसे डिफ्यूजन क्षमता कहा जाता है।
डिफ्यूजन क्षमता को आमतौर पर इस प्रकार लिखा जा सकता है:
CD डिफ्यूजन क्षमता है।
Qn अल्पसंख्यक आवेश है।
V लगाया गया वोल्टेज है।
डायोड में डिफ्यूजन क्षमता
डायोड में, डिफ्यूज्ड कैपेसिटर मुख्य रूप से अग्रदिशित अवस्था में दिखाई देते हैं। जब डायोड को अग्रदिशित किया जाता है, तो अल्पसंख्यक कण (जैसे, N-टाइप अर्धचालक में होल) P-क्षेत्र में इंजेक्ट होते हैं, जिससे अल्पसंख्यक सांद्रता में परिवर्तन होता है। जेन की सांद्रता में परिवर्तन एक क्षमता प्रभाव, डिफ्यूजन क्षमता, बनाता है।
ट्रांजिस्टर में डिफ्यूजन क्षमता
ट्रांजिस्टर (जैसे BJT, MOSFETs, आदि) में, बेस और एमिटर के बीच डिफ्यूजन क्षमता भी मौजूद होती है। जब ट्रांजिस्टर उच्च आवृत्ति या उच्च गति की स्थिति में काम करता है, तो डिफ्यूजन क्षमता का प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है, क्योंकि यह ट्रांजिस्टर के गेन और आवृत्ति प्रतिक्रिया पर प्रभाव डालता है।
डिफ्यूजन क्षमता का प्रभाव
अर्धचालक उपकरणों में डिफ्यूजन क्षमता का प्रभाव मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में प्रतिबिंबित होता है:
उच्च आवृत्ति प्रदर्शन: उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में, डिफ्यूजन कैपेसिटर उपकरण की बैंडविड्थ को सीमित करते हैं और इसके उच्च आवृत्ति प्रदर्शन पर प्रभाव डालते हैं।
स्विचिंग गति: स्विचिंग अनुप्रयोगों में, डिफ्यूजन क्षमता स्विचिंग उपकरणों की गति पर प्रभाव डाल सकती है, स्विचिंग नुकसान बढ़ा सकती है।
सिग्नल विकृति: एम्प्लिफायर में, डिफ्यूज्ड कैपेसिटर अतिरिक्त फेज डिले का परिचालन कर सकते हैं, जिससे सिग्नल विकृति होती है।
गणना सूत्र
डिफ्यूजन क्षमता की गणना आमतौर पर अर्धचालक भौतिकी के मॉडलों पर आधारित होती है। एक डायोड के लिए, डिफ्यूजन क्षमता लगभग इस प्रकार होती है:
Q इलेक्ट्रॉनिक आवेश है।
NA डोपिंग सांद्रता है।
μn इलेक्ट्रॉन गतिशीलता है।
ϵr सापेक्ष डाइलेक्ट्रिक नियतांक है।
ϵ0 रिक्त स्थान का डाइलेक्ट्रिक नियतांक है।
VT तापीय वोल्टेज है, n = kT/q, k बोल्ट्जमैन नियतांक है, T निरपेक्ष तापमान है।
Vbi बिल्ट-इन विभव है।
अनुप्रयोग
उच्च आवृत्ति परिपथ: रेडियो आवृत्ति (RF) और माइक्रोवेव परिपथों में, डिफ्यूजन क्षमता का प्रभाव नज़रअंदाज नहीं किया जा सकता।
उच्च-गति डिजिटल परिपथ: उच्च-गति डिजिटल परिपथ में, डिफ्यूजन क्षमता सिग्नल के उत्थान और पतन समय पर प्रभाव डाल सकती है।
पावर मैनेजमेंट: पावर मैनेजमेंट परिपथ में, डिफ्यूजन क्षमता स्विचिंग पावर सप्लाई की कार्यक्षमता पर प्रभाव डालती है।
