Що таке дифузійна ємність?

Визначення дифузійної ємності

Дифузійна ємність — це вид диференційної ємності р-н переходу, коли він підданий позитивному зміщенню. Вона виникає в результаті процесу дифузії різних типів матеріалів у напівпровідникових пристроях, таких як р-н переход або МОП-транзистор, тобто кілька носіїв заряду у допированому регіоні дифундує до недопированого регіону, формуючи просторовий зарядний регіон, і, нарешті, проявляється як ефект ємності.

Основні принципи

Коли р-н переход підданий позитивному зміщенню, носії (електрони та діри) будуть дифундувати відповідно з р-регіону до n-регіону і навпаки. У процесі дифузії, р-регіон накопичує певну кількість нееквілібрумних Джейн (електронів), n-регіон накопичує певну кількість нееквілібрумних Джейн (дир). Ці накопичені нееквілібрумні малих частинок формують певне зарядне сховище, подібне до конденсатора, з можливістю зберігання заряду. Розмір дифузійної ємності пов'язаний з позитивним зміщувальним напругою, температурою та властивостями напівпровідникових матеріалів. Чим більша позитивна зміщувальна напруга, тим більша дифузійна ємність.

Утворення дифузійної ємності

При застосуванні чергової напруги до напівпровідникового переходу, концентрація меншинних частинок змінюється залежно від напруги. Ці меншинні частинки хаотично переміщуються у напівпровіднику та накопичуються поблизу напівпровідникового переходу. Це накопичення еквівалентне ефекту ємності, тобто дифузійній ємності.

Вираз для дифузійної ємності зазвичай можна записати так:

• CD — це дифузійна ємність.

• Qn — це заряд меншинних частинок.

• V — це прикладена напруга.

Дифузійна ємність в діоді

У діодах, дифузійні конденсатори переважно з'являються в стані позитивного зміщення. Коли діод підданий позитивному зміщенню, меншинні частинки (наприклад, діри в n-типі напівпровідників) вводяться в p-регіон, що призводить до зміни концентрації меншинних частинок. Зміна концентрації Джейн формує ефект ємності, тобто дифузійну ємність.

Дифузійна ємність в транзисторі

У транзисторах (наприклад, BJT, MOSFET і т.д.) дифузійна ємність також існує між базою та емітером. Коли транзистор працює в умовах високої частоти або високої швидкості, вплив дифузійної ємності стає більш помітним, оскільки він впливає на коефіцієнт підсилення транзистора та частотну характеристику.

Ефект дифузійної ємності

Вплив дифузійної ємності у напівпровідникових пристроях в основному відображається в таких аспектах:

• Високочастотні характеристики: У високочастотних застосуваннях, дифузійні конденсатори обмежують ширину смуги пристрою та впливають на його високочастотні характеристики.

• Швидкість переключення: у переключувальних застосуваннях, дифузійна ємність може впливати на швидкість переключення пристроїв, збільшуючи втрати при переключенні.

• Зискривлення сигналу: у підсилювачах, дифузійні конденсатори можуть вносити додаткову фазову затримку, що призводить до зискривлення сигналу.

Формула розрахунку

Розрахунок дифузійної ємності зазвичай базується на моделях напівпровідникової фізики. Для діода, дифузійна ємність може бути наближено як:

• Q — це електронний заряд.

• NA — концентрація допантів.

• μn — мобільність електронів.

• ϵr — відносна диелектрична стал