Частотные свойства р-п перехода.

Частотные свойства показывают, как работает переход при подаче переменного напряжения высокой частоты. Переход можно рассматривать, как эквивалентный конденсатор, состоящий из обкладок, разделенных областью обедненной носителями зарядов и обладающих R.

Частотные свойства определяются двумя видами емкости. Первый вид емкости – емкость, обусловленная неподвижными зарядами ионов донорно-акцепторной примеси. Она называется зарядной или барьерной емкостью.

– диэлектрическая проницаемость среды,

– диэлектрическая постоянная

Второй вид - диффузионная емкость.

Барьерная (зарядная) емкость р-п перехода.

Она зависит от внешнего приложенного напряжения, поскольку внешнее напряжение меняет пространственный заряд. Повышение потенциального барьера при обратном смещении означает увеличение разности потенциалов между n- и p-областями полупроводника, следовательно увеличение их объёмных зарядов. Поскольку объёмные заряды неподвижны и связаны с ионами доноров и акцепторов, увеличение объёмного заряда может быть обусловлено только расширением его области, следовательно уменьшением электрической ёмкости перехода. В зависимости от площади перехода, концентрации легирующей примеси и обратного напряжения барьерная емкость может принимать значения от единиц до сотен пикофарад. Барьерная ёмкость проявляется при обратном напряжении; при прямом напряжении она шунтируется малым сопротивлением p-n перехода. За счёт барьерной ёмкости работают варикапы.

Диффузионная емкость р-п перехода

Диффузионная емкость обусловлена диффузией подвижных носителей заряда через p-n переход при прямом смещении. В этом случае процесс инжекции основных носителей зарядов в области, где они становятся неосновными, сопровождается повышением концентрации неосновных носителей зарядов выше равновесной. По мере удаления от поверхности раздела концентрация неосновных носителей заряда уменьшается из-за рекомбинации. Это применительно только к быстрым процессам. В целом области p и n полупроводника остаются электрически нейтральными, т.к. через металлические электроды в область поступают электроны из внешней цепи, а из области р электроны выводятся в цепь источника питания. При длительном протекании прямого тока наступает установившееся состояние, которое можно рассматривать как динамическое равновесие инжектированных и рекомбинированных носителей зарядов. В переходных режимах при прямом смещении перехода в p и n областях накапливается значительные неравномерные заряды в области р – электроны, в области n – дырки. Эти заряды определяют диффузионную емкость p-n перехода, которая является причиной инерционности p-n перехода при переключениях на повышенных частотах.

Q - суммарный заряд, протекающий через p-n переход. Если на p-n переход подавать переменное напряжение, то ёмкостное сопротивление p-n перехода будет уменьшаться с увеличением частоты, и при некоторых больших частотах ёмкостное сопротивление может сравняться с внутренним сопротивлением p-n перехода при прямом включении.

В этом случае при обратном включении через эту ёмкость потечёт достаточно большой обратный ток, и p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости.  Вывод: чем меньше величина ёмкости p-n перехода, тем на более высоких частотах он может работать. Суммарная ёмкость p-n перехода определяется суммой барьерной и диффузионной ёмкостей. Эквивалентная схема p-n перехода на переменном токе представлена на рисунке. С ростом частоты переменного напряжения, поданного на p-n переход, емкостные свойства проявляются все сильнее, r_t шунтируется ёмкостным сопротивлением, и общее сопротивление p-n-перехода определяется объёмным сопротивлением. Таким образом, на высоких частотах p-n переход теряет свои линейные свойства. На частотные свойства основное влияние оказывает барьерная ёмкость, т. к. диффузионная ёмкость имеет место при прямом включении, когда внутреннее сопротивление p-n перехода мало.