Емкость при обратном смещении

Ширина и барьерная емкость электронно-дырочного перехода

Емкость при обратном смещении

Если к п/п прикладывается внешняя разность потенциалов U_внеш, то в зависимости величины приложенного поля к обратно смещенному p-n переходу происходит уменьшение или увеличение объемных зарядов у его границ обусловленных неподвижными ионами доноров и акцепторов (рис. 5.1).

!! Барьерную емкость образуют ионы доноров и акцепторов

Рис. 5.1 Образование пространственного заряда при обратно смещенном p-n переходе

Обратно смещенный плоский p-n переход, ведет себя подобно электрической емкости. Эта емкость, называемая барьерной емкостью, и определяется, как емкость обычного плоского конденсатора.

Заряды, обусловли­вающие барьерную емкость C_б, сосредоточены в двух тонких слоях плоского p-n перехода, расположенных на расстоянии D один от другого, что очень напоминает поверхностные заряды на металлических обкладках конденсатора.

С = e_oe S/D (5.1)

где e_o = 8,85.10^-12ф/м - абсолютная диэлектрическая проницаемость;

e - относительная диэлектрическая проницаемость;

S - площадь перехода.

Величина барьерной емкости

C_бар = dQ/dV (5.2)

где dQ – изменение заряда;

dV – изменение разности потенциалов на нем.

Разность потенциалов на переходе

V = (f_k + U_внеш) (5.3)

Заряды на “обкладках“ (рис. 5.1) p-n перехода (на единичной площади перехода, S=1)

Q₊ = qN_д(x_o - x”)

Q_- = qN_а(x’- x_o) (5.4)

Решая систему 5.4 относительно D с учетом 5.2, 5,3 и V=f_k, получим оценочную величину ширины p-n перехода в равновесном состоянии

D = ((e e_of_k /q)(1/N_a+1/N_д))^0.5 (5.5)

можно показать, что в неравновесном состоянии и обратно смещенном p-n переходе

D = k1 /(f_k + U_внеш)^0.5 (5.6)

Барьерная емкость с учетом 5.1 и 5.6

С_бар = e_oe S/D = k2 /(f_k + U_внеш)^0.5 (5.7)

k1, k2 коэффициенты

выводы: 1) D ~ 1/N_a; 1/N_д; N_д, N_a – концентрации доноров и акцепторов

2) С_бар ~ f(U_внеш); релинейная зависимость