Емкости p-n-перехода
Частотные свойства p-n-перехода определяются электрической емкостью между областями полупроводника с разным типом проводимости, которая в общем случае определяется как отношение приращения заряда q на переходе к приращению напряжения u на нем:
. (2.5)
Емкость перехода зависит от величины и полярности внешнего приложенного напряжения. При обратном напряжении p-n-структура уподобляется конденсатору, пластинами которого являются p- и n-области, разделенные диэлектриком (переходом, почти свободным от носителей заряда). Эта емкость называется барьерной и может быть рассчитана как емкость плоского конденсатора через площадь и толщину p-n-перехода. Барьерная емкость зависит от напряжения на переходе. Эта зависимость определяется по формуле
, (2.6)
где Cбар(0) – значение барьерной емкости при u = 0, зависящее от площади p-n-перехода и свойств материала. Теоретически барьерная емкость существует и при прямом напряжении, однако она шунтируется низким прямым сопротивлением перехода (см. рис. 2.9).
При прямом смещении p-n-перехода значительно большее влияние оказывает так называемая диффузионная емкость, обусловленная инжекцией неосновных носителей, которые диффундируют через пониженный потенциальный барьер и, не успевая рекомбинировать, накапливаются: дырки в n-, а электроны в p-областях. Каждому значению прямого напряжения uпр (а точнее прямого тока) соответствует определенный заряд, накопленный в p-n- структуре, и в соответствии с (2.5) свое значение диффузионной емкости. Диффузионная емкость Cдиф может оказаться значительно больше, чем барьерная, однако она почти не влияет на работу p-n-перехода, так как всегда зашунтирована относительно малым прямым сопротивлением перехода.
Полная емкость p-n-структуры равна сумме барьерной и диффузионной емкостей:
.