2016-07-03 10:44:04

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在积累空间电荷的势垒区,当PN结外加电压变化时,引起积累在势垒区的空间电荷的变化,即耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少,这种现象与电容器的充、放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容。

基本信息

  • 中文名

    势垒电容

  • 外文名

    barrier capacitance

目录

折叠 编辑本段 概述

势垒电容(barrier capacitance)

在积累空间电荷的势垒区,当PN结外加电压变化时,引起积累在势垒区的空间电荷的变化,即耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少,这种现象与电容器的充、放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容

势垒电容具有非线性,它与结面积、耗尽层宽度、半导体的介电常数及外加电压有关。

势垒电容二极管的两极间的等效电容组成部分之一,另一部分是扩散电容

二极管的电容效应在交流信号作用下才会表现出来。

势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置时,由于少数载流子数目很少,可忽略扩散电容。

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补充说明:

势垒电容是p-n结所具有的一种电容,即是p-n结空间电荷区(势垒区)的电容;由于势垒区中存在较强的电场,其中的载流子基本上都被驱赶出去了--耗尽,则势垒区可近似为耗尽层,故势垒电容往往也称为耗尽层电容。

耗尽层电容相当于极板间距为p-n结耗尽层厚度(W)的平板电容,它与外加电压V有关 (正向电压升高时,W减薄,电容增大;反向电压升高时,W增厚,电容减小)。因为dV ≈ W · dE = W·(dQ/ε),所以耗尽层电容为Cj = dQ/dV = ε/W。对于单边突变p+-n结,有Cj = ( qεND / 2Vbi )1/2;对于线性缓变p-n结,有Cj = (q aε2 / 12Vbi)1/3。势垒电容是一种与电压有关的非线性电容,其电容的大小与p-n结面积、半导体介电常数和外加电压有关。当在p-n结正偏时,因有大量的载流子通过势垒区,耗尽层近似不再成立,则通常的计算公式也不再适用;这时一般可近似认为:正偏时的势垒电容等于0偏时的势垒电容的4倍。不过,实际上p-n结在较大正偏时所表现出的电容,主要不是势垒电容,而往往是所谓扩散电容。

值得注意的是,势垒电容是相应于多数载流子电荷变化的一种电容效应,因此势垒电容不管是在低频、还是高频下都将起到很大的作用(与此相反,扩散电容是相应于少数载流子电荷变化的一种电容效应,故在高频下不起作用)。实际上,半导体器件的最高工作频率往往就决定于势垒电容。

折叠 编辑本段 ​测量

当加在结两端的电压发生变化时,一方面使结势垒度发生变化,引起了势垒区内空间电荷的变化,这相当于对电容的充放电,因为它是势垒度的变化引起电容量的变化的,所以我们用势垒电容CT来表示这种作用;另一方面也使注入到p区的电子和注入到n区空穴数目发生变化,引起p区和n区的载流子浓度梯度的变化。为维持电中性条件,多数载流子也要作相应的变化,相当于载流子在扩散区中的"充"和"放",就如同电容的充放电一样。因为它是在扩散去内载流自变化引起的.故称为扩散电容,用CD表示。P-N结电容包括势垒电容和扩散电容两部分:C=CT+CD

当结两端的外加电时为负(即n区为正,p区接负)时,由于P区、n区的少数载流子很少,负电压的变化并不引起p区、n区中电荷有多大的变化,所以扩散电容很小,相对势垒电容来讲,扩散电容可以忽略。即:

C=CT+CD≈CT

所以,在外加负偏压的条件下测得的P-n结电容认为是P-n结势垒电容。

折叠 编辑本段 应用

在集成电路中,一般利用PN结的势垒电容,即让PN结反偏,只是改变电压的大小,而不改变极性。---变容二级管。

变容二极管的工作原理

根据普通二极管内部PN结结电容能随外加反向电压的变化而变化。

变容二级管用途:用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管,在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电流上,实现低频率信号调制到高频信号上,并发射出去。

变容二级管发生故障,主要表现为漏电或性能变差:

1) 发生漏电现象时,高频调制电路将不工作或调制性能变差。

2) 变容性能变差时,高频调制电路的工作不稳定,使调制后的高频信号发送到对方,被对方接收后产生失真。

3) 出现上述情况之一时,就应该更换同型号的变容二级管。

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