डिफ्यूजन क्षमता क्या है?
डिफ्यूजन क्षमता परिभाषा
डिफ्यूजन क्षमता एक प्रकार की डिफरेन्सियल क्षमता प्रभाव है जो p-n जंक्शन में सकारात्मक विकृति होने पर दिखाई देता है। यह सेमीकंडक्टर उपकरणों जैसे PN जंक्शन या MOSFET में विभिन्न प्रकार के सामग्रियों के डिफ्यूजन प्रक्रिया के कारण होता है, अर्थात, डोपिंग क्षेत्र से कुछ कैरियर अडोप्ड क्षेत्र में डिफ्यूज होकर एक स्पेस चार्ज क्षेत्र बनाते हैं, और अंत में एक क्षमता प्रभाव के रूप में दिखाई देते हैं।
मूल तथ्य
जब PN जंक्शन सकारात्मक विकृति होता है, तो कैरियर (इलेक्ट्रॉन और होल) P और N क्षेत्र से एक-दूसरे की ओर डिफ्यूज होते हैं। डिफ्यूजन की प्रक्रिया में, P क्षेत्र में एक निश्चित मात्रा में गैर-संतुलन जेन (इलेक्ट्रॉन) और N क्षेत्र में एक निश्चित मात्रा में गैर-संतुलन जेन (होल) इकट्ठा होते हैं। इन इकट्ठा हुए गैर-संतुलन लघु पार्टिकल एक निश्चित चार्ज स्टोर बनाते हैं, जैसे एक क्षमता, जिसमें चार्ज को संचयित करने की क्षमता होती है। डिफ्यूजन क्षमता का आकार सकारात्मक विकृति वोल्टेज, तापमान और सेमीकंडक्टर सामग्रियों के गुणों से संबंधित होता है। सकारात्मक विकृति वोल्टेज जितना बड़ा, डिफ्यूजन क्षमता उतनी ही बड़ी होती है।
डिफ्यूजन क्षमता का निर्माण
जब एक AC वोल्टेज सेमीकंडक्टर जंक्शन पर लगाया जाता है, तो लघु की सांद्रता वोल्टेज के साथ बदलती है। ये लघु पार्टिकल सेमीकंडक्टर में यादृच्छिक रूप से चलते हैं और सेमीकंडक्टर जंक्शन के पास इकट्ठा होते हैं। यह इकट्ठा एक क्षमता प्रभाव, अर्थात डिफ्यूजन क्षमता, के समान होता है।
डिफ्यूजन क्षमता के लिए व्यंजक आमतौर पर इस प्रकार लिखा जा सकता है:
CD डिफ्यूजन क्षमता है।
Qn लघु चार्ज है।
V लगाया गया वोल्टेज है।
डायोड में डिफ्यूजन क्षमता
डायोडों में, डिफ्यूज क्षमता मुख्य रूप से सकारात्मक विकृति अवस्था में दिखाई देती है। जब डायोड सकारात्मक विकृति होता है, तो लघु पार्टिकल (जैसे N-टाइप सेमीकंडक्टर में होल) P-क्षेत्र में इंजेक्ट होते हैं, जिससे लघु सांद्रता में परिवर्तन होता है। जेन की सांद्रता में परिवर्तन एक क्षमता प्रभाव, अर्थात डिफ्यूजन क्षमता, बनाता है।
ट्रांजिस्टर में डिफ्यूजन क्षमता
ट्रांजिस्टरों (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
सेमीकंडक्टर उपकरणों में डिफ्यूजन क्षमता का प्रभाव मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में प्रतिबिंबित होता है:
उच्च आवृत्ति का प्रदर्शन: उच्च आवृत्ति के अनुप्रयोगों में, डिफ्यूजन क्षमता उपकरण की बैंडविड्थ को सीमित करती है और इसके उच्च आवृत्ति प्रदर्शन पर प्रभाव डालती है।
स्विचिंग गति: स्विचिंग अनुप्रयोगों में, डिफ्यूजन क्षमता स्विचिंग उपकरणों की गति पर प्रभाव डाल सकती है, स्विचिंग नुकसान बढ़ा सकती है।
सिग्नल विकृति: एम्प्लिफायरों में, डिफ्यूज क्षमता अतिरिक्त दशा देरी ला सकती है, जिससे सिग्नल विकृति हो सकती है।
गणना सूत्र
डिफ्यूजन क्षमता की गणना आमतौर पर सेमीकंडक्टर भौतिकी के मॉडलों पर आधारित होती है। एक डायोड के लिए, डिफ्यूजन क्षमता लगभग इस प्रकार अनुमानित की जा सकती है:
Q इलेक्ट्रॉनिक चार्ज है।
NA डोपिंग सांद्रता है
μn इलेक्ट्रॉन गतिशीलता है।
ϵr सापेक्ष दीपिकीय नियतांक है।
ϵ0 शून्य का दीपिकीय नियतांक है।
VT तापीय वोल्टेज, n = kT/q, k बोल्ट्जमन नियतांक, T निरपेक्ष तापमान है।
Vbi बिल्ट-इन क्षमता है।
अनुप्रयोग
उच्च आवृत्ति परिपथ: रेडियो फ्रिक्वेंसी (RF) और माइक्रोवेव परिपथों में, डिफ्यूजन क्षमता का प्रभाव नज़रअंदाज नहीं किया जा सकता है।
उच्च-गति डिजिटल परिपथ: उच्च-गति डिजिटल परिपथों 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 दक्षता पर प्रभाव डालती है।
