§ 25. Электрическая емкость p-n-перехода

При подаче на p-n-переход напряжения смещения он проявляет емкостные свойства.

Электронно-дырочный переход представляет собой обедненную подвижными носителями область полупроводника, близкую по своим свойствам к слою диэлектрика, в котором по разные стороны от некоторой плоскости находятся объемно распределенные неподвижные электрические заряды противоположных знаков. В полупроводнике это заряды ионизированных примесных атомов: электронная область перехода заряжена положительно, а дырочная - отрицательно. Такая структура р-n-перехода позволяет его в известной мере уподобить плоскому конденсатору. Включение обратного напряжения смещения приводит к дальнейшему вытеснению подвижных носителей из приграничных областей, увеличению толщины р-n-перехода и числа некомпенсированных неподвижных ионов примесей по обе стороны от границы раздела. Таким образом на изменение ΔU обратного напряжения смещения р-n-переход откликается изменением заряда ΔQ. А это и есть проявление емкостных свойств. Величина

называется барьерной емкостью. Иногда ее называют зарядовой емкостью или просто емкостью перехода.

Как и в конденсаторах, барьерная емкость зависит от площади p-n-перехода, диэлектрической проницаемости обедненного слоя и его толщины. В большинстве случаев площадь p-n-перехода мала, и тем не менее емкость благодаря малой толщине обедненной области может быть очень большой. Варьируя толщину p-n-перехода, можно изменять барьерную емкость от единиц до десятков тысяч пикофарад на квадратный сантиметр. Важнейшей особенностью барьерной емкости является ее зависимость от напряжения смещения, поданного на переход. При увеличении обратного напряжения толщина запорного слоя растет, и это приводит к уменьшению емкости. Ход изменения барьерной емкости от приложенного обратного напряжения можно проследить по графику, приведенному на рисунке 71. Зависимость барьерной емкости от напряжения используется в специальных полупроводниковых диодах, называемых варикапами. Варикапы широко используются в качестве конденсаторов переменной емкости для перестройки частот колебательных контуров. В выпрямительных диодах барьерная емкость играет вредную роль, потому что она шунтирует p-n-переход, проводя как бы "в обход" часть переменного тока (особенно в области высоких частот).

Рис. 71

Барьерная емкость проявляется и при прямом напряжении смещения, если U < U_K (при таком напряжении запорный слой еще существует).