Apakah Kapasitans Difusi

Definisi kapasitans difusi

Kapasitans difusi adalah jenis efek kapasitans diferensial pada persimpangan p-n apabila ia dipolar positif. Ia disebabkan oleh proses difusi bahan-bahan berbeza dalam peranti semikonduktor seperti persimpangan PN atau MOSFET, iaitu, beberapa pembawa di kawasan doped berdifusi ke kawasan tidak doped untuk membentuk kawasan muatan ruang, dan akhirnya muncul sebagai efek kapasitans.

Prinsip asas

Apabila persimpangan PN dipolar maju, pembawa (elektron dan lubang) akan berdifusi dari kawasan P dan N masing-masing. Dalam proses difusi, kawasan P telah mengumpulkan sejumlah Jane tidak seimbang (elektron), kawasan N telah mengumpulkan sejumlah Jane tidak seimbang (lubang). Partikel minoriti yang terakumulasi ini membentuk suatu simpanan muatan, seperti kapasitor, dengan keupayaan untuk menyimpan muatan. Saiz kapasitans difusi berkaitan dengan voltan biasan maju, suhu, dan sifat bahan semikonduktor. Semakin besar voltan biasan maju, semakin besar kapasitans difusi.

Pembentukan kapasitans difusi

Apabila voltan AC dikenakan pada persimpangan semikonduktor, kepekatan minoriti berubah mengikut voltan. Partikel-partikel minoriti ini bergerak secara rawak dalam semikonduktor dan terakumulasi hampir persimpangan semikonduktor. Akumulasi ini setara dengan efek kapasitans, iaitu kapasitans difusi.

Ungkapan untuk kapasitans difusi biasanya boleh ditulis sebagai:

• CD adalah kapasitans difusi.

• Qn adalah muatan minoriti.

• V adalah voltan yang dikenakan.

Kapasitans difusi dalam diod

Dalam diod, kapasitans difusi utamanya muncul dalam keadaan polarisasi maju. Apabila diod dipolar maju, partikel minoriti (seperti lubang dalam semikonduktor N-tipe) disuntikkan ke kawasan P, mengakibatkan perubahan kepekatan minoriti. Perubahan kepekatan Jane membentuk efek kapasitans, iaitu kapasitans difusi.

Kapasitans difusi dalam transistor

Dalam transistor (seperti BJT, MOSFET, dll.), kapasitans difusi juga wujud antara pangkal dan penghantar. Apabila transistor beroperasi dalam keadaan frekuensi tinggi atau laju, pengaruh kapasitans difusi lebih ketara, kerana ia mempengaruhi gain transistor dan respons frekuensi.

Pengaruh kapasitans difusi

Pengaruh kapasitans difusi dalam peranti semikonduktor terutamanya tercermin dalam aspek-aspek berikut:

• Prestasi frekuensi tinggi: Dalam aplikasi frekuensi tinggi, kapasitans difusi membatasi jalur lebar peranti dan mempengaruhi prestasi frekuensi tingginya.

• Kelajuan pemutus: Dalam aplikasi pemutus, kapasitans difusi boleh mempengaruhi kelajuan peranti pemutus, meningkatkan kerugian pemutus.

• Pemerdolan isyarat: Dalam peningkat, kapasitans difusi mungkin memperkenalkan penundaan fasa tambahan, mengakibatkan pemerdolan isyarat.

Rumus pengiraan

Pengiraan kapasitans difusi biasanya berdasarkan model dalam fizik semikonduktor. Untuk diod, kapasitans difusi boleh dihampiri sebagai:

• Q adalah muatan elektron.

• NA adalah kepekatan dopan.

• μn adalah mobiliti elektron.

• ϵr adalah pemalar dielektrik relatif.

• ϵ0 adalah pemalar dielektrik vakum.

• VT adalah voltan termal, n = kT/q, k adalah pemalar Boltzmann, T adalah suhu mutlak.

• Vbi adalah potensial binaan.

Penerapan

• Litar frekuensi tinggi: Dalam litar radio frekuensi (RF) dan mikro, pengaruh kapasitans difusi tidak boleh diabaikan.

• Litar digital laju: Dalam litar digital laju, kapasitans difusi boleh mempengaruhi masa naik dan jatuh isyarat.

• Pengurusan kuasa: Dalam litar pengurusan kuasa, kapasitans difusi mempengaruhi kecekapan bekalan kuasa pemutus.