Mi a diffúziós kapacitás?

Difúziós kapacitancia definíció

A difúziós kapacitancia egy differenciális kapacitancia hatás, amely akkor jelentkezik a p-n csatlakozáson, ha pozitív irányban van ellátva. Ez a hatás a szemiconduktori eszközökben, mint például a PN csatlakozó vagy a MOSFET-ben lévő különböző anyagok diffúziós folyamatának következménye, azaz néhány részecske a doboztól ellátott régióból átkerül a nedvesítetlen régióba, és így formálódik egy térbeli töltés régió, végül pedig kapacitancia hatásnak mutatkozik.

Alapelvek

Amikor a PN csatlakozó előrefelé van ellátva, a részecskék (elektronok és lyukak) a P és N régióból egymás felé diffúznek. A diffúziós folyamat során a P területen egy bizonyos mennyiségű nemegyensúlyi Jane (elektron) gyűlik, míg az N területen egy bizonyos mennyiségű nemegyensúlyi Jane (lyuk). Ezek a gyüjtött nemegyensúlyi kevésbé számos részecskék egy bizonyos töltéstárolóra emlékeznek, mint egy kondenzátor, amely képes töltést tárolni. A difúziós kapacitancia mérete összefügg az előre irányított ellátófeszültséggel, a hőmérséklettel és a szemiconduktori anyagok tulajdonságaival. Minél nagyobb az előre irányított ellátófeszültség, annál nagyobb a difúziós kapacitancia.

A difúziós kapacitancia kialakulása

Amikor váltófeszültséget alkalmazunk egy szemiconduktori csatlakozón, a kisebbségi részecskék koncentrációja a feszültséggel változik. Ezek a kisebbségi részecskék véletlenszerűen mozognak a szemiconduktorban, és a szemiconduktori csatlakozó közelében gyűlnek. Ez a gyüjtődés egyenértékű egy kapacitancia hatással, nevezetesen a difúziós kapacitanciával.

A difúziós kapacitancia kifejezése általában így írható:

• CD a difúziós kapacitancia.

• Qn a kisebbségi töltés.

• V az alkalmazott feszültség.

Difúziós kapacitancia a diodában

A diodákban a difúziós kondenzátorok főleg előrefelé ellátott állapotban jelennek meg. Amikor a dioda előrefelé van ellátva, a kisebbségi részecskék (pl. lyukak az N típusú szemiconduktorban) beleszivárognak a P-régióba, ami a kisebbségi koncentráció változását eredményezi. A koncentráció változása Jane alakult ki egy kapacitancia hatást, nevezetesen a difúziós kapacitanciát.

Difúziós kapacitancia a tranzisztorban

A tranzisztorokban (mint például a BJT, MOSFET-ek stb.) a difúziós kapacitancia is létezik a bázis és az emittő között. Amikor a tranzisztor magas frekvencián vagy nagy sebességen működik, a difúziós kapacitancia hatása nyilvánvalóbb, mert befolyásolja a tranzisztor erősítését és a frekvencia-válaszot.

A difúziós kapacitancia hatása

A difúziós kapacitancia hatása a szemiconduktori eszközökön főleg a következő aspektusokban nyilvánul meg:

• Magas frekvenciás teljesítmény: Magas frekvenciás alkalmazásokban a difúziós kondenzátorok korlátozzák az eszköz sávszélességét, és befolyásolják a magas frekvenciás teljesítményt.

• Kapcsolósebesség: kapcsolóalkalmazásokban a difúziós kapacitancia befolyásolhatja a kapcsolóeszközök sebességét, növelve a kapcsolóveszteséget.

• Jel torzítás: Erősítőkben a difúziós kondenzátorok további fáziskésést okozhatnak, ami jel torzítást eredményez.

Számítási formula

A difúziós kapacitancia számítása általában a szemiconduktorfizika modelleire épül. Egy diódánál a difúziós kapacitancia közelítőleg így számítható:

• Q az elektron töltése.

• NA a dobozkoncentráció.

• μn az elektron mobilisációja.

• ϵr a relatív dielektrikus állandó.

• ϵ0 a vakuum dielektrikus állandója.

• VT a hőmérsékleti feszültség, n = kT/q, k a Boltzmann-állandó, T az abszolút hőmérséklet.

• Vbi a beépített potenciál.

Alkalmazás

• Magas frekvenciás áramkörök: Rádiófrekvenciás (RF) és mikrohullám áramkörökben a difúziós kapacitancia hatását nem lehet figyelmen kívül hagyni.

• Magas sebességű digitális áramkörök: magas sebességű digitális áramkörökben a difúziós kapacitancia befolyásolhatja a jel emelkedési és leejtési idejét.

• Tápegységkezelés: Tápegységkezelési áramkörökben a difúziós kapacitancia befolyásolja a kapcsoló tápegység hatékonyságát.