Емкостные свойства p-n перехода.

1.4.1.Барьерная (зарядная) емкость перехода. Так как объемный заряд представляет собой двойной слой противоположных по знаку неподвижных зарядов, то каж­дый из слоев можно уподобить обкладке плоского конденсатора. Отличи­тельной особенностью его от конденсатора с металлическими обкладками является то, что заряды распределены по некоторому объему.

Емкость такого конденсатора определяется отношением изменения объемного заряда к изменению напряжения: .

Ее назвали барьерной или зарядной емкостью p-n перехода.

Теория показывает, что барьерную емкость можно вычислить по фор­муле

емкости обычного плоского конденсатора:

Поскольку ширина перехода зависит от постоянного напряжения U, приложенного к переходу, то и C _бар будет зависеть от U. Так, для ступенчатого

перехода

а для плавного

.

1.4.2. Диффузионная емкость p-n перехода. При прямом смещении p-n перехода в p и n областях за счет явления инжекции происходит накопление подвижных неравновесных носителей заряда. Отношение изменения инжектированного заряда

к изме­нению напряжения на переходе определяет диффузионную емкость, т.е.

.

Для случая инжекции дырок в n область , где I_p - дырочная инжекционная составляющая тока перехода, а для случая инжекции электронов в р область , где I_n – электронная инжекционная составляющая тока перехода. Ре­зультирующая диффузионная емкость . Как видно, диффузионная емкость будет тем больше, чем больше ток I через электронно-дырочный переход.

Полная емкость p-n перехода .

При малых обратных напряжениях и при прямом смещении, преобладает диффузионная емкость, а при больших обратных напряжениях (|U|>(3¸4)j_T)-барьерная.

Наличие ёмкости перехода приводит к появлению емкостного фазово­го сдвига между током и напряжением при работе электронно-дырочного перехода на малом переменном токе. p-n переход для малой переменной составляющей тока можно представить в виде эквивалентной схемы, пока­занной на рис.1.15. Заметим, что параметры эквивалентной схемы за­висят от постоянного смещения, поданного на переход. За счет ёмкости p-n перехода ухудшаются его выпрямляющие свойства с увеличением частоты переменного напряжения.