Vad är diffusionskapacitans?
Definition av diffusionskapacitans
Diffusionskapacitans är en typ av differentiell kapacitans effekt hos p-n-förbindelsen när den är positivt polariserad. Den orsakas av diffusionen av olika typer av material i halvledar komponenter som PN-förbindelse eller MOSFET, det vill säga, några bärare i dopade regioner diffunderar till odopade regioner för att forma en rymdladdningsregion, och slutligen uppstår som en kapacitans effekt.
Grundläggande princip
När PN-förbindelsen är framåtpolariserad kommer bärare (elektroner och hål) att diffundera från P- och N-regionerna till varandra, respektive. Under diffusionen har P-området ackumulerat en viss mängd ojämnvikts Jane (elektron), N-området ackumulerat en viss mängd ojämnvikts Jane (hål). Dessa ackumulerade ojämnviktsminoritetspartiklar formar en viss laddningslagring, liknande en kondensator, med förmåga att lagra laddning. Storleken på diffusionskapacitansen är relaterad till framåtpolarisationsvolt, temperatur och egenskaperna hos halvledarmaterial. Ju större framåtpolarisationsvolt, desto större diffusionskapacitans.
Utbildningen av diffusionskapacitans
När en växelströms spänning appliceras på en halvledarförbindelse varierar koncentrationen av minoriteten med spänningen. Dessa minoritetspartiklar rör sig slumpmässigt i halvledaren och ackumulerar nära halvledarförbindelsen. Denna ackumulering motsvarar en kapacitans effekt, nämligen diffusionskapacitans.
Uttrycket för diffusionskapacitans kan vanligtvis skrivas som:
CD är diffusionskapacitans.
Qn är minoritetsladdning.
V är den applicerade spänningen.
Diffusionskapacitans i en diod
I dioder uppträder diffusionskapacitans huvudsakligen i framåtpolariserat tillstånd. När dioden är framåtpolariserad injiceras minoritetspartiklar (som hål i N-typ halvledare) i P-regionen, vilket leder till en ändring i minoritetskoncentration. Ändringen av Janes koncentration bildade en kapacitans effekt, nämligen diffusionskapacitans.
Diffusionskapacitans i en transistor
I transistorer (som BJT, MOSFETs, etc.) finns också diffusionskapacitans mellan basen och emittenten. När transistorn fungerar vid hög frekvens eller hög hastighet blir påverkan av diffusionskapacitans mer uppenbar, eftersom den påverkar transistorns förstärkning och frekvenssvar.
Påverkan av diffusionskapacitans
Påverkan av diffusionskapacitans i halvledarkomponenter återspeglas huvudsakligen i följande aspekter:
Högfrekvensprestanda: I högfrekvensapplikationer begränsar diffusionskapacitans bandbredden av enheten och påverkar dess högfrekvensprestanda.
Omväxlingshastighet: i omväxlingsapplikationer kan diffusionskapacitans påverka omväxlingshastigheten av enheter, öka omväxlingsförlust.
Signalsförvrängning: I förstärkare kan diffusionskapacitans introducera ytterligare fasfördröjning, vilket leder till signalsförvrängning.
Beräkningsformel
Beräkningen av diffusionskapacitans baseras vanligtvis på modeller i halvledarfysik. För en diod kan diffusionskapacitans approximeras som:
Q är elektronladdning.
NA är dopningskoncentration
μn är elektronmobilitet.
ϵr är den relativa dielektriska konstanten.
ϵ0 är vakuumets dielektriska konstant.
VT är termisk spänning, n = kT/q, k är Boltzmanns konstant, T är absolut temperaturen.
Vbi är den inbyggda potentialen.
Användning
Högfrekvenskretsar: I radiofrekvens (RF) och mikrovågskretsar kan effekten av diffusionskapacitans inte ignoreras.
Höghastighetsdigitala kretsar: i höghastighetsdigitala kretsar kan diffusionskapacitans påverka signalens stigande tid och fallande tid.
Energihantering: I en energihanteringskrets påverkar diffusionskapacitans effektiviteten av omväxlingsströmförsörjningen.
