Ширина области объемного заряда. зарядная емкость перехода

Мы уже видели, что область объемного заряда представляет собой двойной слой противоположных по знаку неподвижных объемных зарядов. Этот двойной слой можно уподобить обкладкам плоского конденсатора, заряженного до некоторого потенциала φ_К.

Когда приложено внешнее напряжение в направлении запирания, разность потенциалов между электронной и дырочной областями полупроводника увеличивается до значения φ_К + U. Увеличение разности потенциалов повлечет за собой увеличение объемных зарядов в электронной и дырочной областях полупроводника. Так как объемные заряды создаются неподвижными, связанными с кристаллической решеткой ионами атомов доноров и акцепторов, то увеличение объемного заряда может быть связано только с расширением области объемного заряда.

Другими словами, при повышении запирающего напряжения, приложенного к переходу, увеличивается область, обедненная подвижными носителями заряда — электронами и дырками. Слой, занимаемый объемным зарядом, расширяется.

В том случае, когда концентрация доноров в электронной области равна концентрации акцепторов в дырочной области, расширение области объемного заряда будет происходить равномерно как в глубь электронной, так и в глубь дырочной областей.

Если концентрация примесей в одной из областей значительно превышает концентрацию примесей в другой области, то область объемного заряда будет в основном распространяться в сторону области с низкой концентрацией примесей, т.е. в сторону области с более высоким удельным сопротивлением.

Действительно, предположим, что в установившемся состоянии, соответствующем некоторому запирающему напряжению U, объемные заряды в электронной и дырочной областях должны быть равны. В этом случае слой объемного заряда в области с высокой концентрацией будет значительно тоньше, чем в области с низкой концентрацией. Области равных по величине объемных зарядов показаны условно штриховкой на рис. 3.12. Толщины слоев этих объемных зарядов обозначены x_{a 1} и x_{d 1} соответственно. С увеличением напряжения увеличатся объемные заряды и соответствующие толщины слоев примут значения x_{a 2} и x_{d 2}.

Из рис.3.12. видно, что расширение объемного заряда произошло в основном в сторону слаболегированного полупроводника (в данном случае электронного).

Из рассмотрения рис.3.12. можно сделать еще один важный вывод. Если уменьшить концентрацию в электронной области, то тому же самому значению объемного заряда в этой области будет соответствовать большая толщина слоя объемного заряда. Таким образом, при равных напряжениях, приложенных к переходу, толщина слоя объемного заряда будет тем больше, чем ниже концентрация примесей в полупроводнике, т. е. чем выше его удельное сопротивление.

Рис.3.12. Соотношение ширины областей объемного заряда в

электронной и дырочной частях полупроводника.

а) при различных концентрациях примесей и скачкообразном изменении

их концентрации, б) при плавном изменении концентрации

Барьерная емкость перехода может рассматриваться как емкость плоского конденсатора с расстоянием между пластинами x_d (или x_a + x_d соответственно). Барьерная емкость будет тем больше, чем больше концентрация носителей на границе области объемного заряда и чем меньше напряжение на переходе.