Što je difuzijska kapacitivnost?

Definicija difuznog kapacitansa

Difuzni kapacitanst je vrsta diferencijalnog kapacitanskog efekta p-n spoja kada je pozitivno polariziran. On je uzrokovan difuzijskim procesom različitih vrsta materijala u poluprovodničkim uređajima poput PN spoja ili MOSFET-a, to jest, nekoliko nosača u dopiranoj regiji se difundira u nedopiranu regiju kako bi formirali prostornu nabijenu regiju, koja na kraju nastupa kao kapacitanski efekt.

Osnovni princip

Kada je PN spoj napravljen pozitivnom polarizacijom, nosači (elektroni i rupe) će se difundirati iz P i N regije međusobno. Tijekom procesa difuzije, P regija akumulira određenu količinu nesimetričnih Jane (elektrona), dok N regija akumulira određenu količinu nesimetričnih Jane (rupa). Ovi akumulirani nesimetrični manjinski čestice formiraju određeno skladište naboja, poput kondenzatora, s sposobnošću pohrane naboja. Veličina difuznog kapacitansa ovisi o napetosti pozitivne polarizacije, temperaturi i svojstvima poluprovodničkih materijala. Što je veća napetost pozitivne polarizacije, veći je difuzni kapacitanst.

Formiranje difuznog kapacitansa

Kada se na poluprovodnički spoj primjeni AC napetost, koncentracija manjinskih čestica varira s napetosti. Ove manjinske čestice nasumično se kreću unutar poluprovodnika i akumuliraju blizu poluprovodničkog spoja. Ova akumulacija ekvivalentna je kapacitanskom efektu, to jest difuznom kapacitansu.

Izraz za difuzni kapacitanst obično može biti zapisan kao:

• CD je difuzni kapacitanst.

• Qn je manjinski nabit.

• V je primijenjena napetost.

Difuzni kapacitanst u diodu

U diodama, difuzni kondenzatori uglavnom se pojavljuju u stanju pozitivne polarizacije. Kada je dioda pozitivno polarizirana, manjinske čestice (poput rupa u N tipu poluprovodnika) su ubačene u P regiju, što rezultira promjenom koncentracije manjinskih čestica. Promjena koncentracije Jane formira kapacitanski efekt, to jest difuzni kapacitanst.

Difuzni kapacitanst u tranzistoru

U tranzistorima (poput BJT, MOSFET-a itd.), difuzni kapacitanst također postoji između baze i emitera. Kada tranzistor radi u visokofrekventnim ili brzim uvjetima, utjecaj difuznog kapacitansa je vidljiviji, jer utječe na pojačanje tranzistora i frekvencijsku odzivnost.

Utjecaj difuznog kapacitansa

Utjecaj difuznog kapacitansa u poluprovodničkim uređajima glavno se odražava u sljedećim aspektima:

• Visokofrekventna performanca: U visokofrekventnim aplikacijama, difuzni kondenzatori ograničavaju opseg frekvencija uređaja i utječu na njegovu visokofrekventnu performansu.

• Brzina preklapanja: u aplikacijama preklapanja, difuzni kapacitanst može utjecati na brzinu preklapanja uređaja, povećavajući gubitke pri preklapanju.

• Deformacija signala: U pojačivačima, difuzni kondenzatori mogu uvesti dodatnu faznu kašnjenje, što rezultira deformacijom signala.

Formula za izračun

Izračun difuznog kapacitansa obično temelji se na modelima u poluprovodničkoj fizici. Za diodu, difuzni kapacitanst može se aproksimirati kao:

• Q je električni naboj.

• NA je koncentracija dopiranja.

• μn je mobilnost elektrona.

• ϵr je relativna dielektrična konstanta.

• ϵ0 je dielektrična konstanta vakuuma.

• VT je termalna napetost, n = kT/q, k je Boltzmannova konstanta, T je apsolutna temperatura.

• Vbi je ugrađeni potencijal.

Primjena

• Visokofrekventni krugovi: U radiofrekvencijskim (RF) i mikrovalnim krugovima, utjecaj difuznog kapacitansa ne može se zanemariti.

• Visokobrzini digitalni krugovi: u visokobrzim digitalnim krugovima, difuzni kapacitanst može utjecati na vrijeme uspona i padanja signala.

• Upravljanje snage: U upravljačkim krugovima snage, difuzni kapacitanst utječe na učinkovitost prekidnog napajanja.