Что такое емкость рассеяния?
Определение диффузионной емкости
Диффузионная емкость — это вид дифференциальной емкостной характеристики p-n перехода при положительном смещении. Она вызвана процессом диффузии различных типов материалов в полупроводниковых устройствах, таких как p-n переход или МОП-транзистор, то есть небольшое количество носителей заряда в легированной области диффундирует в нелегированную область, образуя пространственный заряд, и в конечном итоге проявляется как емкостный эффект.
Основные принципы
Когда p-n переход находится под прямым смещением, носители заряда (электроны и дырки) будут диффундировать из областей P и N соответственно. В процессе диффузии в области P накапливается определенное количество неуравновешенных частиц (электронов), а в области N — определенное количество неуравновешенных частиц (дырок). Эти накопленные неуравновешенные частицы меньшинства образуют определенный заряд, подобно конденсатору, способному хранить заряд. Размер диффузионной емкости зависит от величины прямого смещения, температуры и свойств полупроводниковых материалов. Чем больше прямое смещение, тем больше диффузионная емкость.
Формирование диффузионной емкости
Когда к полупроводниковому переходу применяется переменное напряжение, концентрация частиц меньшинства изменяется с напряжением. Эти частицы меньшинства перемещаются случайным образом в полупроводнике и накапливаются около полупроводникового перехода. Это накопление эквивалентно емкостному эффекту, называемому диффузионной емкостью.
Выражение для диффузионной емкости обычно можно записать следующим образом:
CD — диффузионная емкость.
Qn — заряд меньшинства.
V — приложенное напряжение.
Диффузионная емкость в диоде
В диодах диффузионные конденсаторы в основном появляются при прямом смещении. Когда диод находится под прямым смещением, частицы меньшинства (например, дырки в n-типа полупроводника) инжектируются в область P, что приводит к изменению концентрации меньшинства. Изменение концентрации меньшинства формирует емкостный эффект, называемый диффузионной емкостью.
Диффузионная емкость в транзисторе
В транзисторах (например, биполярных транзисторах, МОП-транзисторах и т. д.) диффузионная емкость также существует между базой и эмиттером. При работе транзистора на высоких частотах или скоростях влияние диффузионной емкости становится более заметным, так как она влияет на коэффициент усиления транзистора и частотную характеристику.
Влияние диффузионной емкости
Влияние диффузионной емкости в полупроводниковых устройствах проявляется в следующих аспектах:
Высокочастотные характеристики: В высокочастотных приложениях диффузионные конденсаторы ограничивают полосу пропускания устройства и влияют на его высокочастотные характеристики.
Скорость переключения: В переключательных приложениях диффузионная емкость может влиять на скорость переключения устройств, увеличивая потери при переключении.
Искажение сигнала: В усилителях диффузионные конденсаторы могут вносить дополнительную фазовую задержку, что приводит к искажению сигнала.
Формула расчета
Расчет диффузионной емкости обычно основан на моделях в физике полупроводников. Для диода диффузионная емкость может быть приближенно выражена следующим образом:
Q — заряд электрона.
NA — концентрация легирования.
μn — подвижность электронов.
ϵr — относительная диэлектрическая проницаемость.
ϵ0 — диэлектрическая проницаемость вакуума.
VT — термическое напряжение, n = kT/q, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура.
Vbi — встроенное напряжение.
Применение
Высокочастотные цепи:
