Емкость электронно-дырочного перехода

Емкость p-n- перехода содержит два слагаемых: диффузионную и барьерную ёмкость (или зарядную ёмкость):

C_P– n = C_БАР + C_ДИФ (1.28)

Барьерная или зарядная емкость соответствует обратновключенному

p-n- переходу, который сравнивается с конденсатором, где пластинами являются границы обедненного слоя –Х_Р, Х_n, а сам обедненный слой служит несовершенным диэлектриком с увеличенными диэлектрическими потерями:

C_БАР = εε₀ S/L (1.29)

где S – площадь p-n- перехода.

С учетом (1.27)

C_БАР = {εε₀ q Na N_d / [(2(φ_K + U)(Na + N_d)]}^1/2S, (1.30)

Барьерная емкость зависит от величины обратного напряжения. Прямое включение p-n- перехода приводит к образованию диффузионной емкости С_диф, которая характеризуется изменением величины заряда, накапливаемого в обедненном слое за счет инжекции, при изменении прямого напряжения, так как последнее вызывает изменение неравновесной концентрации инжектированных носителей:

C_ДИФ = ∂Q_ИНЖ /∂U_ПР (1.31) Расчеты показывают, что диффузионная емкость зависит от величины прямого тока I_пр. и времени жизни неравновесных носителей заряда τ:

C_ДИФ = qI_ПР τ / kT (1.32)

Для снижения диффузионной емкости р- и п- области легируют нейтральными примесями, золотом и алюминием, что снижает время жизни неравновесных носителей и накопление зарядов. С ростом частоты диффузионная емкость уменьшается вследствие уменьшения накопления заряда в обедненном слое из-за инерционности передвижения носителей при быстром изменении напряжения.

1.6. Сопротивление p-n- перехода

Сопротивление p-n- перехода должно характеризовать его работу на постоянном и переменном токе, а так как вольтамперная характеристика является нелинейной функцией, то сопротивление постоянному току R₀ будет отличным от сопротивления переменному току R_d. Сопротивление по переменному току называют дифференциальным. Все процессы в p-n- переходе рассматривались применительно к его единичной площадке. Если известна площадь всего перехода S, то вольтамперная характеристика (1.19) перепишется:

I = SJ₀ = I₀ [exp(qU / kT) – 1] (1.33)

Тогда

dI/dU = 1/ R_d = q I / kT (1.34)

R_d = kT / q I, (1.35)

для комнатной температуры тепловой потенциал

φ_T = kT / q ≈ 26мВ, поэтому R_d = 26 / I (мА) [Ом] (1.36)

Сопротивление постоянному току определяется отношением напряжения к току в заданной точке вольт-амперной характеристики: R₀ = U/I.

Таким образом, при напряжении U = kT/q дифференциальное сопротивление равно статическому (R_d = R₀)