•§6.4 §6.4 pn 结电容结电容•电容：两极板上的电荷随电压的变化关系可用电容表示在电容：两极板上的电荷随电压的变化关系可用电容表示在交流信号作用下，交流信号作用下，pnpn结会失去单向导电性，说明有电容作用结会失去单向导电性，说明有电容作用•在pn结中，有两类电荷会随外加电压变化：•势垒区中的杂质离子电荷是随着外加偏置电压而变化的，由此引起的电容效应称为势垒电容，以CT 表示； pn在偏置下，在结两侧的扩散区内，各存在着两组过剩载流子，它们的数量也随着外加电压的变化而变化这种电容效应称为扩散电容，以CD表示一、势垒电容CT•势垒电容的定义为：其中：QT 为势垒区中正电荷或负电荷量，V 为外加电压突变结情况 pnpn结中电场、电位分布与结中电场、电位分布与pnpn结能带图结能带图探讨电场、电位分布，从三组基本方程中的泊松方程着探讨电场、电位分布，从三组基本方程中的泊松方程着手•在空间电荷区中做以下近似：在空间电荷区中做以下近似：1 1、、耗尽层近似耗尽层近似：在：在(-x(-xTpTp, x, xTnTn) )中，中，n(x)=0n(x)=0，，p(x)=0p(x)=0；； 在在(-x(-xTpTp, x, xTnTn) )外，外，n(x)=nn(x)=n0 0，，p(x)=pp(x)=p0 0；；2 2、、假定杂质全部电离假定杂质全部电离n nD D+ +=N=ND D，，p pA A- -=N=NA A 突变结：突变结：1 1）突变结的电场分布）突变结的电场分布 讨论讨论在在x = 0 点，电场是连续的，即点，电场是连续的，即: : 1(0) = 2(0)，， ND .xTN = NA .xTP（此式的意义是空间电荷区中正负电荷数相等）。
此式的意义是空间电荷区中正负电荷数相等）在空间电荷区中，在空间电荷区中，电场最强点在电场最强点在x = 0 点点，其值为：，其值为：2 2）突变结的电位分布）突变结的电位分布同样，求解需要分成两个区域：同样，求解需要分成两个区域：（（ -xTp , 0）和（）和（0 , xTn ）） • 讨论：讨论： 在在x=0x=0点，电势连续，即：点，电势连续，即：此式连同电场在此式连同电场在x=0x=0点连续的结果：点连续的结果： ND .xTN = NA .xTP，可以解出，可以解出xTN，，xTP的具体数值的具体数值PNPN结的空间电荷区宽度，主要由结的空间电荷区宽度，主要由掺杂浓度低掺杂浓度低的一边决定的一边决定 势垒高坡阻止了电子的扩散趋势，使之达到平衡势垒高坡阻止了电子的扩散趋势，使之达到平衡 • •求解空间电荷区的电场、电位分布时，我们得到： •当存在外加电压V 时，上式变为：•求得： • 线性缓变结的电位分布：线性缓变结的电位分布： 线性缓变结的接触电势电位分布差：线性缓变结的接触电势电位分布差： • 线性缓变结情况在前面的内容，求空间电荷区电场、电位分布时得出在外加电压V 下，有： 讨论：CT是微分电容，随反向偏压的增加，xD增加， CT下降。
无论突变结，缓变结，其ln CT与lnV之间都是线性关系：突变结，斜率为-1/2, 缓变结，斜率为-1/3,据此，可以区分出这两种结的类型由x轴和y轴截距，分别可以求出掺杂浓度或浓度梯度及接触电势差VD 二、扩散电容CD扩散电容CD 是两电容的并联—— N 型侧的过剩载流子电容CDN 与P 型侧的过剩载流子电容CDP 的并联 在N 型侧：从过剩载流子分布入手： 在P 型侧，从过剩载流子分布入手： 总扩散电容CD 是P 型侧和N 型侧之和 讨论CD 随正向偏压的增加而增加；需要指出的是：这里计算的CT 、CD的表达式都是单位面积的电容值，它们的单位都是F/m2，在实际计算中，应再乘上结面积，得出实际的电容值，即: CD’＝A CD， CT’＝A CT 。