Барьерная и диффузионная емкость p-n-перехода

Величины объемных зарядов в р-n-переходе изменяются в зависимости от прикладываемого обратного напряжения вследствие изменения толщины обедненного слоя. Следовательно, р-n-переход обладает электрической емкостью.

Барьерная емкость (зарядовая) р-n-перехода равна:

, (7.1.1)

где S - площадь р-n-перехода.

Барьерная емкость совпадает с емкостью плоского конденсатора, расстояние между обкладками которого равно толщине обедненного слоя. С ростом обратного смещения уменьшается вследствие увеличения d(U). У р-n-переходов с большей концентрацией примеси барьерная емкость больше.

Вольт-фарадная характеристика С_бар=f(U_об) рис. 7.1 имеет достаточно сложный вид, поэтому применяют апроксимацию:

, (7.1.2)

где m=0,3¸0,5, U_k – контактная разность потенциалов.

Барьерная емкость слабо увеличивается с ростом температуры за счет U_k. Температурный коэффициент емкости уменьшается с ростом обратного напряжения.

При прямом смещении происходит инжекция неосновных носителей в p- и n-области. При изменении прикладываемого напряжения изменяется и концентрация инжектированных носителей, а следовательно, и заряды областей, что можно рассматривать как действие емкости. Так как эта емкость появляется за счет диффузионной составляющей тока, то ее называют диффузионной. Если толщина базы W>>L_p, то

. (7.1.3)

При W<<L_p

, (7.1.4)

где t_D - среднее время диффузии носителей через n-область. При больших прямых смещениях, когда ток инжекции значительно превышает ток рекомбинации C_D, экспоненциально возрастает с ростом напряжения и значительно превышает С_бар рис. 7.2. При малых напряжениях диффузионная емкость меньше барьерной.