Емкостные свойства p-n перехода

Кроме электропроводимости, p-n переход имеет и определённую ёмкость. Это обусловлено тем, что по обе стороны от металлургической границы могут появляться как неподвижные заряды в виде ионов примесей, так и подвижные в виде электронов и дырок.

Различают барьерную и диффузионную ёмкости.

Барьерная ёмкость С_бар обусловлена наличием в обеднённом слое противоположно заряженных ионов примесей, выполняющих роль диэлектрика, а низкоомные области (n и p) – роль “пластин’ конденсатора.

Известно, что ёмкость плоского конденсатора определяется:

где: S – площадь пластин конденсатора;

d – расстояние между пластинами (толщина диэлектрика).

Величину С_бар для резкого перехода можно определить из приближённого выражения:

где: S и d – площадь и толщина p-n перехода, соответственно.

С увеличением обратного напряжения (U_обр) барьерная ёмкость уменьшается из-за увеличения толщины перехода d.

Зависимость С_бар=f(U_обр) называется вольт-фарадной характеристикой

При подключении к p-n переходу прямого напряжения барьерная ёмкость несколько увеличивается вследствие уменьшения d. Однако в этом случае приращение зарядов за счёт инжекции играет большую роль и теперь ёмкость p-n перехода определяется, в основном, диффузионной составляющей ёмкости.

Диффузионная ёмкость С_диф. характеризует накопление неравновесных зарядов (неосновных носителей) по обе стороны металлургической границы. Так как время жизни электронов и дырок до наступления рекомбинации конечно, то по обе стороны металлургической границы появляются дополнительные объёмные заряды, величина которых для малых приращений напряжений линейно увеличивается при увеличении прямого тока I_пр:

С_диф.= К_д•I_{пр .}; где К_д – коэффициент, определяемый свойствами p-n перехода.

U_пр

t

График изменения тока через p-n переход при

U_обр изменении полярности напряжения

I_пр

t

I_обр

При прямом токе, как правило С_диф. > С_бар.

Результирующая ёмкость равна:

С_рез= С_диф. + С_бар

Дата добавления: 2014-01-06