pn結(jié)的電容效應(yīng) 為什么在pn結(jié)間加入i層可以減小結(jié)電容？

PN結(jié)是一種半導(dǎo)體器件，其中P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體間由弱耗盡區(qū)隔離。這種器件有許多應(yīng)用，例如光電探測器、太陽能電池、場效應(yīng)晶體管和整流器等。在電路設(shè)計中，PN結(jié)的電容效應(yīng)被廣泛運用，其中，加入i層可以降低電容。

在探討這個問題之前，讓我們首先討論PN結(jié)的基本原理。PN結(jié)成立的原理是利用摻雜不同類型的材料來產(chǎn)生半導(dǎo)體器件。在PN結(jié)附近的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間擠壓所產(chǎn)生的少子耗盡區(qū)，稱為PN結(jié)。PN結(jié)在正向偏置下行為像一個導(dǎo)體，類似于一個電池的正極。在反向偏置下，少子耗盡區(qū)擴大，使得材料具有阻抗，并類似于一個電池的負極。少子耗盡區(qū)的寬度隨著反向偏置電壓的增加而增加。這是因為反向偏置使PN結(jié)中電子和空穴的擴散速度減慢，從而減少少子耗盡區(qū)內(nèi)的激活載流子數(shù)目。

在反向偏置下，PN結(jié)的電容效應(yīng)會限制它的高頻響應(yīng)和快速開關(guān)特性。在反向偏置下，材料的電容取決于少子耗盡區(qū)的寬度。考慮到材料的構(gòu)造，PN結(jié)具有兩個電容：擴散電容（Cj）和空間電荷電容（Cdep）。擴散電容是與耗盡區(qū)寬度成反比例的，而空間電荷電容是與耗盡區(qū)寬度成正比例的。因此，反向偏置下，PN結(jié)電容的總值約為Ctot = Cj + Cdep。

為了減小PN結(jié)的電容效應(yīng)，可以在PN結(jié)中間加入一個i層。在此層中，摻雜濃度較低，因此導(dǎo)電性較差。這個i層被稱為中間緩沖層或補償區(qū)。添加一個補償區(qū)可以將PN結(jié)的電容效應(yīng)減小到很大程度上。這個補償層的目的是減少少子耗盡區(qū)中的載流子數(shù)目。

當PN結(jié)在反向偏置下工作時，空穴/電子對從P側(cè)耗盡區(qū)和N側(cè)耗盡區(qū)向中間緩沖區(qū)移動。由于i區(qū)的低摻雜濃度，載流子數(shù)目較少，從而降低了耗盡區(qū)的寬度，即減小了Cdep。當PN結(jié)在正向偏置下工作時，補償區(qū)中少女/電子對將被注入PN結(jié)。至少在第一個半周，這些載流子將與PN少女區(qū)中的載流子相遇，其結(jié)果是減少擴散電容量。這個注入效果被稱為"短期注入效應(yīng)"，從而降低了Cj。

因此，在接入PN結(jié)中間的i層或補償區(qū)可減小PN結(jié)的電容效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得器件能夠更好地工作于高頻和高速環(huán)境中，提高其應(yīng)用的范圍。