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势垒电容与扩散电容

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1、扩散电容（Diffusion capacitance）是p-n结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。二极管的电容效应在交流信号作用下才会表现出来一般说来，在反向偏压或小的正向偏压下，p-n结以势垒电容为主，只有在大的正向偏压时才以扩散电容为主。当PN结外加电压（并没有强调非要是正向电压）变化时，空间电荷区的宽度将随之变化，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Cb当外加电压使PN结上压降发生变化时,空间电荷区的宽度相应改变。势垒电容CB和扩散电容CD均是非线性电容,值一般都很小,它们之和称为PN结的结电容,记为CJ二极管正向导电时，电子扩散到对方区域后，在PN结边界上积累，并有一定的浓度分布。积累的电荷量随外加电压的变化而变化，当PN结正向电压加大时，正向电流随着加大，这就要有更多的载流子积累起来以满足电流加大的要求；而当正向电压减小时，正向电流减小，积累在P区的电子或N区的空穴就要相对减小，这样，就相应地要有载流子的“充入”和“放出”。因此，积累在P区的电子或N区的空穴随外加电压的变化就可PN结的扩散电容CD

2、描述。扩散电容反映了在外加电压作用下载流子在扩散过程中积累的情况。扩散区内电荷的积累和释放过程与电容器充、放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd。势垒电容与扩散电容之和为PN结的结电容Cj，低频（极限状态就是直流电）时其作用忽略不计，只在信号频率较高时才考虑结电容的作用势垒电容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。势垒电容是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。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/)，所以耗尽层电容为Cj = dQ/dV = /W。对于单边突变p+-n结，有Cj = ( qND / 2Vbi )1/2；对于线性缓变p-n结，有Cj = (q a2 / 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。

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