扩散电容(Diffusion capacitance)是p-n结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。
电容效应
电容是一种能储存
电荷(充电)和释放电荷(放电)的元件
PN结交界处存在势垒区.结两端电压变化引起积累在此区域的电荷数量的改变,从而显现电容效应.
当所加的正向电压升高时,PN结变窄,空间电荷区变窄,结中空间电荷量减少,相当于电容放电.同理,当正向电压减小时,PN结变宽,空间电荷区变宽,结中空间电荷量增加,相当于电容充电.加反向电压升高时,一方面会使耗尽区变宽,也相当于对电容的充电.加反向电压减少时,就是P区的空穴、N区的电子向耗尽区流,使耗尽区变窄,相当于放电.。
PN结电容算法与平板电容相似,只是宽度会随电压变化。
在PN结反向偏置时,少子数量很少,电容效应很少,也就可以不考虑了。在正向偏置时,P区中的电子,N区中的空穴,会伴着远离势垒区,数量逐渐减少。即离结近处,少子数量多,离结远处,少子的数量少,有一定的浓度梯度。
正向电压增加时,N区将有更多的电子扩散到P区,也就是P区中的少子----电子
浓度、浓度梯度增加。同理正向电压增加时,N区中的少子---空穴的浓度、浓度梯度也要增加。相反,正向电压降低时,少子浓度就要减少。从而表现了电容的特性。
概述
二极管的电容效应在交流信号作用下才会表现出来。
反向偏置时,由于少数载流子数目很少,可忽略扩散电容。而势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。
补充说明:
扩散电容(Diffusion capacitance)是p-n结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。
pn结扩散电容是来自于非平衡少数载流子(简称非平衡少子)在pn结两边的中性区内的电荷存储所造成的电容效应(因为在中性扩散区内存储有等量的非平衡电子和非平衡空穴的电荷,它们的数量受到结电压控制)。这种由于注入载流子存储电荷随着电 压变化所产生的扩散电容将随正向电压而按指数式增大;扩散电容也与直流偏压有关(也是一种非线性电容),也将随着直流偏压的增大而指数式增大,故扩散电容在正向偏压下比较大。另外,由于pn结扩散电容与少数载流子的积累有关,而少数载流子的产生与复合都需要一个时间(称为寿命τ)过程,所以扩散电容在高频下基本上不起作用。这就是说,扩散电容还与外加结电压的信号频率ω有关,并从而常常用乘积(ωτ)的大小来划分器件工作频率的高低 :在低频(ωτ<<1, ωτ<<1)、即[外加信号的变化周期]>>[存储电荷再分布的时间]时,少数载流子存储电荷的变化跟得上外加信号的变化, 则扩散电容较大;在高频 (ωτ >>1, ωτ>>1)、即存储电荷跟不上外加信号的变化时, 扩散电容很小(随着(ωτ)1/2下降),故扩散电容在低频下很重要。
因为pn结的开关速度主要决定于在两边中性区内存储的少数
载流子,所以,从本质上来说,也就是扩散电容对开关速度的影响。
总之,pn结的扩散电容与其势垒电容不同。前者是少数载流子引起的电容,对于pn结的开关速度有很大影响,在正偏下起很大作用、在反偏下可以忽略,在低频时很重要、在高频时可以忽略;后者是多数载流子引起的电容,在反偏和正偏时都起作用,并且在低频和高频下都很重要。