Ємнісні властивості p-n-переходу

Процеси накопичення, розосередження, генерації та регенерації, які відбуваються безпосередньо в переході та за його межами, спричиняють інерційність електричних перетворень. Дійсно, якщо на ЕДП подати сходинку напруги або струму, то перехідні процеси перебігають так, як в електричних колах з конденсаторами. Особливості електричних процесів у p-n- переході дозволяють виділити дві складові повної ємності C_j бар'єрну та дифузійну.

Бар'єрна ємність. У запірному шарі ЕДП по обидва боки від металургійної межі виникають однакові за значенням, але протилежні за знаком об'ємні заряди іонів домішок. Залежно від прикладеної напруги змінюється товщина цього шару d (рис. 7.6, 7.7) і, як наслідок, значення зарядів. Тобто маємо систему, аналогічну зарядженому конденсатору з діелектриком, функцію якого виконує збіднений шар. Ємність, створену цими процесами, називають бар'єрною. Вона збігається з ємністю плоского конденсатора, відстань між обкладинками якого дорівнює товщині запірного шару d. Вплив цієї ємності переважно виявляється під час зворотного вмикання p-n -переходу. Зі збільшенням модуля зворотної напруги d збільшується, бар'єрна ємність — зменшується. Підвищення концентрації домішок збільшує ємність, оскільки відстань між обкладинками зменшується.

Залежність ємності від напруги називають вольт-фарадною характеристикою. Властивість p-n -переходу змінювати ємність шляхом зміни напруги використовують для побудови особливого типу напівпровідникових діодів - варикапів.

Дифузійна ємність. При прямій напрузі виявляються дві фізичні причини, які зумовлюють ємність p-n -переходу. Перша з них полягає у змінюванні зарядів у збідненому шарі, що враховується за допомогою бар'єрної ємності, друга - у змінюванні концентрації носіїв у нейтральних зонах поблизу межі переходу і значення заряду, накопиченого цими носіями внаслідок інжекції. Цей процес відтворюється за допомогою дифузійної ємності. Така назва вказує на те, що заряди неосновних носіїв змінюються в результаті дифузії.

Дифузійна ємність експоненціальне зростає зі збільшенням прямої напруги і при досить великих прямих напругах (для кремнію 0,4...0,5 В дифузійна ємність С_диф значно перевищує бар'єрну С_6ар. При малих напругах, коли значно наростає струм рекомбінації, дифузійна ємність стає меншою від бар'єрної і нею нехтують. Отже, повна ємність р-п -переходу становить суму двох складових:

, (7.24)

причому С_бар впливає у разі зворотного вмикання, а С_диф - прямого.

Наявність цих ємностей та їхні значення враховуються при створенні напівпровідникових приладів, призначених для роботи у високочастотних та швидкодіючих радіоелектронних пристроях, коли тривалість процесів накопичення - розосередження є сумірною з періодом зміни інформаційних сигналів або з їх тривалістю.