什么是pn結的電容效應

PN結介紹

采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區稱為PN結（英語：PN junction）。PN結具有單向導電性，是電子技術中許多器件所利用的特性，例如半導體二極管、雙極性晶體管的物質基礎。

PN結的形成

PN結是由一個N型摻雜區和一個P型摻雜區緊密接觸所構成的，其接觸界面稱為冶金結界面。

在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導體，另一邊形成P型半導體，我們稱兩種半導體的交界面附近的區域為PN結。

在P型半導體和N型半導體結合后，由于N型區內自由電子為多子空穴幾乎為零稱為少子，而P型區內空穴為多子自由電子為少子，在它們的交界處就出現了電子和空穴的濃度差。由于自由電子和空穴濃度差的原因，有一些電子從N型區向P型區擴散，也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。它們擴散的結果就使P區一邊失去空穴，留下了帶負電的雜質離子，N區一邊失去電子，留下了帶正電的雜質離子。開路中半導體中的離子不能任意移動，因此不參與導電。這些不能移動的帶電粒子在P和N區交界面附近，形成了一個空間電荷區，空間電荷區的薄厚和摻雜物濃度有關。

在空間電荷區形成后，由于正負電荷之間的相互作用，在空間電荷區形成了內電場，其方向是從帶正電的N區指向帶負電的P區。顯然，這個電場的方向與載流子擴散運動的方向相反，阻止擴散。

另一方面，這個電場將使N區的少數載流子空穴向P區漂移，使P區的少數載流子電子向N區漂移，漂移運動的方向正好與擴散運動的方向相反。從N區漂移到P區的空穴補充了原來交界面上P區所失去的空穴，從P區漂移到N區的電子補充了原來交界面上N區所失去的電子，這就使空間電荷減少，內電場減弱。因此，漂移運動的結果是使空間電荷區變窄，擴散運動加強。

最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。在P型半導體和N型半導體的結合面兩側，留下離子薄層，這個離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。PN結的內電場方向由N區指向P區。在空間電荷區，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

pn結的電容效應

PN結的電容效應限制了二極管三極管的最高工作效率，PN結的電容效應將導致反向時交流信號可以部分通過PN結，頻率越高則通過越多。

二極管，三極管反向的時候，PN結兩邊的N區和P區仍然是導電的，這樣兩個導電區就成了電容的兩個電極。從而構成PN結的電容效應。

為了減小這個電容，會減小PN結面積或增加PN結厚度，并且一般用勢壘電容，擴散電容來等效。

PN結的電容效應——擴散電容

PN結正向導電時，多子擴散到對方區域后，在PN結邊界上積累，并有一定的濃度分布。積累的電荷量隨外加電壓的變化而變化，當PN結正向電壓加大時，正向電流隨著加大，這就要求有更多的載流子積累起來以滿足電流加大的要求；而當正向電壓減小時，正向電流減小，積累在P區的電子或N區的空穴就要相對減小，這樣，當外加電壓變化時，有載流子的向PN結“充入”和“放出”。，PN結的擴散電容CD描述了積累在P區的電子或N區的空穴隨外加電壓的變化的電容效應。

CD是非線性電容，PN結正偏時，CD較大，反偏時載流子數目很少，因此反偏時擴散電容數值很小。一般可以忽略。

PN結的電容效應——勢壘電容

在一定條件下，PN結顯現出充放電的電容效應。不同的工作情況下的電容效應，分別用勢壘電容和擴散電容予以描述。

勢壘電容CB

勢壘電容CB描述了PN結勢壘區空間電荷隨電壓變化而產生的電容效應。PN結的空間電荷隨外加電壓的變化而變化，當外加電壓升高時，N區的電子和P區空穴進入耗盡區，相當于電子和空穴分別向CB“充電”，如圖（a）所示。當外加電壓降低時，又有電子和空穴離開耗盡區，好像電子和空穴從CB放電，如圖（b）所示。CB是非線性電容，電路上CB與結電阻并聯。在PN結反偏時結電阻很大，CB的作用不能忽視，特別是在高頻時，它對電路有較大的影響。