8. Процеси на р-n - переході під дією зовн. Напруги. Діаграми енергетичних зон переходу. Вах ідеального p-n переходу. Ємність р-n переход у та його еквівалентна схема.

При прикладанні зовн. напруги товщина ОПЗ p-n переходу змінюється. Вона визначається виразом: d=d_n+d_p=

З формули випливає, що товщина ОПЗ залежить від ступеня легування НП (концентрації домішок) та від прикладеної напруги. Чим вища концентрація домішок n(p) областей N_D, N_A, тим вужчий перехід. Для величин d_n та d_p існує закономірність = тобто

товщина ОПЗ в p і n областях обернено пропорційна концентраціям домішок в них.

Якщо N_D>> N_A, тоді отримаємо

d~d_p=

Аналогічно при N_D<< N_A

d~d_n=

З формул випливає, що збільшення прямої зовн. напруги на переході приводить до розщеплення квазірівня Фермі, зменшення товщини ОПЗ. Фізично це зумовлено тим, що при прямому включенні основні носії заряду змушені рухатися в напрямку від омічних контактів до збідненого шару переходу, збагачуючи його. Опір переходу зменшується, сам перехід звужується. Збільшення зворотної напруги на переході приводить до збільшення його товщини. У цьому випадку основні носії заряду зміщуються в різні сторони від pn переходу, і збіднений шар ще більше збіднюється на рухомі носії, його опір збільшується, а ОПЗ розширюється.

Будь-яка система, в якій при зміні потенціалу  змінюється електричний заряд Q, володіє ємністю. Величина ємності С визначається співвідношенням С=.

Для р-n переходу можна виділити два типи зарядів: заряд в області просторового заряду іонізованих донорів і акцепторів Q_B і заряд інжектованих носіїв Q_p. При різних зміщеннях на р-n переході при розрахунку ємності буде домінувати той чи інший заряд. У зв'язку з цим для ємності р-n переходу виділяють бар'єрну ємність C_B і дифузійну ємність C_D.

Бар'єрна ємність C_B - це ємність р-n переходу при зворотному зміщеннях U < 0, обумовлена ​​зміною заряду іонізованих донорів в області просторового заряду C_B=.

Величина заряду іонізованих донорів і акцепторів Q_B на одиницю площі для несиметричного р-n переходу дорівнює

Диференціюючи цей вираз, отримаємо

З рівняння випливає, що бар'єрна ємність C_B являє собою ємність плоского конденсатора, відстань між обкладинками якого дорівнює ширині області просторового заряду W. Оскільки ширина ОПЗ залежить від прикладеної напруги U, то і бар'єрна ємність також залежить від прикладеної напруги. Числові оцінки величини бар'єрної ємності показують, що її значення становить десятки або сотні пікофарад.

Дифузійна ємність C_D - це ємність р-n переходу при прямому зміщенні U>0, обумовлена ​​зміною заряду Q_p інжектованих носіїв

Числові оцінки величини дифузійної ємності показують, що її значення становить кілька мікрофарад.

Залежність бар'єрної ємності С_B від прикладеної зворотного напруги U використовується для приладової реалізації. НП діод, реалізує цю залежність, називається варикапом.

Еквівалентна схема р-n  переходу: а) загальна; б) при прямому вмиканні; в) при зворотному вмиканні