Capacitatea de bariera a jonctiunii pn

Capacitatea de bariera a jonctiunii pn

Consideram o jonctiune abrupta, la care regiunea de sarcina spatiala este cuprinsa intre si . Daca dioda semiconductoare are la borne tensiunea totala u_A data de relatie (12.123), lungimea regiunii de trecere depinde de tensiunea aplicata conform relatiei (12.50):

(12.134)

Valoarea sarcinii de o parte si de alta a jonctiunii metalurgice va fi:

(12.135)

unde are o expresie asemanatoare cu relatia (12.50):

Din relatia (12.135) rezulta expresia sarcinii electrice:

(12.137)

Pentru o variatie foarte mica a tensiunii pe jonctiune, du_A, lungimea regiunii de sarcina spatiala va scadea si ca urmare va scadea si sarcina de o parte si de alta a jonctiunii metalurgice (Fig. 12.19). Variatia aceste sarcini va fi:

(12.138)

Fig. 12.19. Variatia sarcinii spatiale din regiunea de trecere

corespunzatoare unei variatii a tensiunii aplicate du_A.

Variatiei sarcinii din regiunea de sarcina spatiala ii va corespunde un curent de deplasare datorat purtatorilor majoritari care vin din regiunea neutra in stratul de la marginea regiunii de sarcina spatiala pentru a neutraliza sarcina din acest strat.

Curentul de deplasare va fi:

(12.139)

unde C_b se numeste capacitatea de bariera a jonctiunii pn si conform relatiei (12.138) va fi data de relatia:

(12.140)

Pentru o jonctiune asimetrica, de exemplu de tipul p⁺n (N_a>>N_d), expresia capacitatii de bariera va fi:

(12.141)

Expresia capacitatii de bariera, C_b, poate fi calculata cu formula unui condensator plan cu aria armaturilor egala cu suprafata jonctiunii, S_J, si distanta dintre armaturi egala cu lungimea regiunii de trecere, , data de relatia (12.134):

(12.142)

Relatia (12.140) poate fi scrisa si sub forma:

(12.143)

unde C_b0 este capacitatea de bariera a jonctiunii in absenta tensiunii aplicate, u_A=0:

(12.144)

Valorile tipice ale capacitatii de bariera C_b0 sunt cuprinse intre 1 si 10 pF.

In functie de tipul legii de variatie a concentratiei impuritatilor din regiunea de trecere, capacitatea de bariera este data de relatia:

(12.145)

unde n=2 pentru jonctiuni abrupte si n=3 pentru jonctiuni gradate liniar.