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二極管的過渡電容CT（空間電容）

隨著反向偏置幅度的增加，多數(shù)載流子遠(yuǎn)離結(jié)，即耗盡層的寬度W增加。結(jié)兩側(cè)的這種未覆蓋的固定電荷構(gòu)成增量電容C的電容器T由下屬給出，

$C_T = |dfrac{dQ}{dV}|$ ........(1)

其中 dQ 是電壓 dV 增加導(dǎo)致的電荷增加。

因此，時(shí)間間隔 dt 中的電壓變化 dV 將導(dǎo)致電流 i 由下式給出，

$i = dfrac{dQ}{dt} = C_Tdfrac{dV}{dt}$ .........(2)

此電容 CT稱為過渡電容或空間電荷電容或勢壘電容或耗盡層電容。

CT形成結(jié)點(diǎn)的重要參數(shù)。但是，CT隨反向偏置的大小而變化。反向偏置的大小越大，耗盡層的寬度W越大，過渡電容C越小 T .

CT在階梯級(jí)結(jié)中：

如果從 P 側(cè)的受體離子密度突然變?yōu)?N 側(cè)的供體離子密度，則稱為階梯梯度。這種結(jié)在合金結(jié)（或熔斷結(jié)）二極管中形成。一般來說，受體密度N~~一個(gè)~~和供體密度 ND保持不平等。轉(zhuǎn)換電容 CT然后由下式給出，

$C_T = dfrac{epsilon A}{W}$ ........(3)

其中伊普西隆是半導(dǎo)體介質(zhì)的絕對(duì)介電常數(shù)，A 是結(jié)的橫截面積，W 是耗盡層的橫截面積，由下式給出，

$W^2 = [dfrac{2epsilon V_j}{q}][dfrac{1}{N_A}+dfrac{1}{N_D}]$ ........(4)

在案例 N 中 ~~一個(gè)~~ >>N D ,

$W = （dfrac{2epsilon V_j}{N_Dq}）^{dfrac{1}{2}}$ ...........(5)

因此， $C_T = A（dfrac{N_D}{V_j}）^{dfrac{1}{2}} times （dfrac{qepsilon}{2}）^{dfrac{1}{2}}$ ..........（6）

因此，在階梯級(jí)結(jié)中，CT與結(jié)電壓 V 的平方根成反比j其中 Vj由下屬給出，

V_j = V_o-V_d ..........(7)

其中 Vd是一個(gè)負(fù)數(shù)，表示施加的反向偏置和 V0是接觸電位。

CT在線性漸變交匯點(diǎn)中

如果凈電荷密度在過渡區(qū)隨距離呈線性變化，則稱結(jié)是線性梯度的。這樣的結(jié)在皺眉結(jié)二極管中形成。

在這樣的結(jié)二極管中，過渡電容也由下式給出，

$C_T = dfrac{epsilon A}{W}$ ...........(8)

因此，C 的表達(dá)式T對(duì)于線性級(jí)配結(jié)與階梯級(jí)級(jí)結(jié)相同。

但是，在這種情況下，假設(shè) N ~~一個(gè)~~ = N D ，耗盡層的寬度W由下式給出，

$W = （dfrac{6 epsilon V_j}{q N_D}）^{dfrac{1}{2}}$ .........(9)

因此

$C_T = A（dfrac{N_D}{V_j}）^{dfrac{1}{2}} times （dfrac{qepsilon}{6}）^{dfrac{1}{2}}$ ........(10)

因此，在這種情況下，CT與 V 的平方根成反比 j .

擴(kuò)散電容或存儲(chǔ)電容 CD

在正向偏置二極管中，結(jié)部處的電位勢壘降低。結(jié)果，空穴從 P 側(cè)注入到 N 側(cè)，電子從 N 側(cè)注入到 P 側(cè)。這些注入的電荷儲(chǔ)存在耗盡層外的結(jié)附近，N區(qū)的空穴和P區(qū)的電子。由于電荷存儲(chǔ)，電壓滯后于電流，產(chǎn)生電容效應(yīng)。這種電容稱為擴(kuò)散電容或存儲(chǔ)電容C D .

擴(kuò)散電容 CD可以定義為注入電荷隨電壓的變化率，

因此

$C_D = dfrac{dQ}{dV}$ ...........(11)

但是，在一個(gè)正向偏置二極管中，一個(gè)區(qū)域（比如P區(qū)）相對(duì)于另一個(gè)區(qū)域（N區(qū)）非常嚴(yán)重?fù)诫s，電流（I）主要是由于空穴引起的。然后
（I）由下式給出，

$I = dfrac{Q}{tau_p}$ .......(12)

其中 Q 是存儲(chǔ)的電荷， tau_p 是空穴的平均壽命，由下式給出，

$T_p = dfrac{L_p^2}{D_p}$ .............(13)

其中 LP是孔的擴(kuò)散長度，DP是孔的擴(kuò)散常數(shù)。

結(jié)合方程（11）和（12），我們得到

$C_D = tau dfrac{dI}{dV} = dfrac{tau}{r}$ ..........(14)

但是從動(dòng)態(tài)電阻 $r approx dfrac{eta V_T}{I}$ 方程.將 r
的這個(gè)值代入等式（14）中，我們得到，

$C_D = dfrac{tau I}{eta V_T}$ ..........(15)

在一般情況下，擴(kuò)散常數(shù) CD是由 n 區(qū)中的空穴和 P 區(qū)的電子擴(kuò)散引起的，導(dǎo)致擴(kuò)散電容 C~~DP的~~和 C~~DN的~~分別?？倲U(kuò)散電容CD是 C 的總和~~DP的~~和 C ~~DN的~~ .

CD可能有幾千pF的值。這個(gè)時(shí)間常數(shù) C D .R主要限制某些半導(dǎo)體器件在高頻應(yīng)用中的頻率響應(yīng)。

實(shí)際上，在正向二極管中，存在擴(kuò)散電容C的D和過渡電容 C T ，但 C D >>C T .通常，CD比 C 大一百萬倍以上 T .因此，在正向偏置二極管中，CT可能被忽略，我們只需要考慮 C D .

同樣，在反向偏置二極管中，它們同時(shí)存在于 CD和 C T .但是 C D D我們只需要考慮 C T .

對(duì)于正向偏置的 Ge 二極管（eta = 1），在我 = 13 毫安， r = 2歐米茄然后 C_D = 0.5tau 。對(duì)于 tau = 20 μ 秒， C_D = 10 mu F .

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