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:

  Чаевые