二极管的过渡电容和扩散电容介绍

二极管的过渡电容CT（空间电容）

随着反向偏置幅度的增加，多数载流子远离结，即耗尽层的宽度W增加。结两侧的这种未覆盖的固定电荷构成增量电容C的电容器T由下属给出，

........(1)

其中 dQ 是电压 dV 增加导致的电荷增加。

因此，时间间隔 dt 中的电压变化 dV 将导致电流 i 由下式给出，

.........(2)

此电容 CT称为过渡电容或空间电荷电容或势垒电容或耗尽层电容。

CT形成结点的重要参数。但是，CT随反向偏置的大小而变化。反向偏置的大小越大，耗尽层的宽度W越大，过渡电容C越小 T .

CT在阶梯级结中：

如果从 P 侧的受体离子密度突然变为 N 侧的供体离子密度，则称为阶梯梯度。这种结在合金结（或熔断结）二极管中形成。一般来说，受体密度N一个和供体密度 ND保持不平等。转换电容 CT然后由下式给出，

........(3)

其中 是半导体介质的绝对介电常数，A 是结的横截面积，W 是耗尽层的横截面积，由下式给出，

........(4)

在案例 N 中 一个 >>N D ,

...........(5)

因此， ..........（6）

因此，在阶梯级结中，CT与结电压 V 的平方根成反比j其中 Vj由下属给出，

..........(7)

其中 Vd是一个负数，表示施加的反向偏置和 V0是接触电位。

CT在线性渐变交汇点中

如果净电荷密度在过渡区随距离呈线性变化，则称结是线性梯度的。这样的结在皱眉结二极管中形成。

在这样的结二极管中，过渡电容也由下式给出，

...........(8)

因此，C 的表达式T对于线性级配结与阶梯级级结相同。

但是，在这种情况下，假设 N 一个 = N D ，耗尽层的宽度W由下式给出，

.........(9)

因此

........(10)

因此，在这种情况下，CT与 V 的平方根成反比 j .

扩散电容或存储电容 CD

在正向偏置二极管中，结部处的电位势垒降低。结果，空穴从 P 侧注入到 N 侧，电子从 N 侧注入到 P 侧。这些注入的电荷储存在耗尽层外的结附近，N区的空穴和P区的电子。由于电荷存储，电压滞后于电流，产生电容效应。这种电容称为扩散电容或存储电容C D .

扩散电容 CD可以定义为注入电荷随电压的变化率，

因此

...........(11)

但是，在一个正向偏置二极管中，一个区域（比如P区）相对于另一个区域（N区）非常严重掺杂，电流（I）主要是由于空穴引起的。然后
（I） 由下式给出，

.......(12)

其中 Q 是存储的电荷，是空穴的平均寿命，由下式给出，

.............(13)

其中 LP是孔的扩散长度，DP是孔的扩散常数。

结合方程 （11） 和 （12），我们得到

..........(14)

但是从动态电阻方程.将 r
的这个值代入等式 （14） 中，我们得到，

..........(15)

在一般情况下，扩散常数 CD是由 n 区中的空穴和 P 区的电子扩散引起的，导致扩散电容 CDP的和 CDN的分别。总扩散电容CD是 C 的总和DP的和 C DN的 .

CD可能有几千pF的值。这个时间常数 C D .R主要限制某些半导体器件在高频应用中的频率响应。

实际上，在正向二极管中，存在扩散电容C的D和过渡电容 C T ，但 C D >>C T .通常，CD比 C 大一百万倍以上 T .因此，在正向偏置二极管中，CT可能被忽略，我们只需要考虑 C D .

同样，在反向偏置二极管中，它们同时存在于 CD和 C T .但是 C D D我们只需要考虑 C T .

对于正向偏置的 Ge 二极管，在 ，然后 。对于 ， .