MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN
3.5. ĐIỆN DUNG CỦA ĐIỐT
Trong vùng cliiiycn ticp có hai miền lích diện Iigiiợc dấu Iihaii, giữa -X|, và 0 den x„. với giá trị điện lích S.C|.N,.\|, và s.q.N^|.x„. Độ dài X|, và x„ là hàin của Ihê V tác dung vào lóp chuycn liếp (hình 3.8b) làm dịch chuyên uiứi hạii cúa mién chuycn tiếp.
'riụrc vậy, ta cỉã biếl:
a)
H i— © -
v„ Vsincot
N „ x 2 í;
N +
N
. ( V , -V )Mĩ
Hình 3.8. Sự phân bố điện tích trong vùng chuyển tiếp.
K hi tãng Ihố phân cực thuận Ihì diện lử lừ vùng N dược phun vào \'ùng chuycn tiếp, irung hoà các điện tích khờiia gian dưoiig, còn lỗ trống lừ miồn p được phun vào
\ Ling chuyên liếp dé trung hoà ból diện tích không gian âm. Còn khi phân cực ngược, thì quá trình nuưực lại, làm lãng các diện tích không gian tiong vùng chuyển tiếp.
líiệ n iưựng trôn làm thay dổi diện tích trong vùng chuyển tiếp theo hiệu thế tác dụng dQ,
dV . IV số này có thứ nguvôn của diện dưng Q.
Q, = s. q. N jX „ = s. q. N„ X,,
từ cló suy ra: dQ.
dV
N +
N „
(3.14)
hay cS
+-X
C , ( 1 0 ' ^ F ) Biểu thức này chỉ dúng cho chuycn
tiếp nhảy bậc. Nếu nồng độ tạp chất thay đổi tuần tự theo hàm bậc nhất khi di qua vùng chuyển tiếp, thì Q, tỷ lệ với ( V , - do vậy c, ^ (V , - Nói chung, giá trị của c, nhỏ (khoảng vài pF đến vài chục pF). Sự thay đổi của điện dung động của một vùng chuyển tiếp P-N phân cực ngược dược cho trên hình 3.9;
Hình 3.9. Sự thay đổi c, theo th ế phản cực ngược. Irong loạ độ lưỡng lô ga.
43
Như vậy. Irong irường hợp lống quát, điện dung của chuyển tiếp P -N khi điốt phân cực ngược dưực bicu Ihị bằng cổng thức:
V V
\ - riì
^ 111 :;:ì —
l V , J 3 2
m = khi cluiycn tiếp thay dổi inộl cách tuần lự (tuyến tính) m = - khi chuyên tiếp thay ctổi một cách nhẩy bậc.
C„| là diện dung khi điốt chưa mác thế phiỉii cực; có nghĩa là c,(, Ihu dược khi V = 0.
Ví dụ: Mộl điốl p -n có thố = 0,65 V; diện dung c, = 6,5pF ichi thế phân cực V = - lO V và bằnằ 9.3pF khi Ihế pliàn cực bằng -• 2V. Móy xỏc định cỏc giỏ trị m và c,„ cỉia diỏỡ này.
Giải: 'l'ừ công ihức:
Q I~ Qii \ A ' "'
va
từ dó Ihu đưực:
c ,,= c „
C ,, c ; :
\ -íti
1 1
- < m < -
3 2
- < m < -
3 2
Lây logaril hai vế biếu thức này sẽ tlui dược giá trị của m:
và
m = lo g
C .O - C ,,
/lo o
v V h - V , ,
\ in
Ta sử dụng M A T L A B dê’ lính và vẽ sự thay dổi của điện dung theo thế phân cực naược. Chương liìn h sau dây sẽ thực hiện mục đích này.
% Chương irình M A I ’L A B lính và VC sự thay dổi của điện dung theo thè' của điốt phân cực ngược:
C l= 4.5e-12; V l = - 1 0 ; C2=6.5c-12; V 2= - 2;
Vb={).65;
niim =C l/C 2;
d c n = (V b -V 2 )/(V b -V l);
m=log i ()(num )/log 10(cien) C tO = C l/( l--(V l/V b ))^ ĩi
30:0.2:0.4;
k=lcngth(V);- For i= I :k A']
Q (i)= C ÌO /(l (V (l)/V b )).^ n ; end
plol( V.C l,'r'):grid Iixisd- 20.2.0.6c 121)
lillc('Su thay cloi dicn dung cua di ơt theo the phan cuc nguoc') xkibelC'Thc nguoc.V);
ylabcl('Dicn dung,F') Kct qua M A T LA 1Ỉ cho:
ni = 0.2644 CtO =
2.1486C-012
và dổ thị lhay dổi của điện dung cùa d iố l theo lliế phân cực ngược của điốt này cho irên hìnli3.10.
S u th a y dũi dien dung cua di-ot th e o th e p h a n c u c n g u o c
Hình 3.10. Sự th a y đổi của điện dung của đ iô t th e o th ê phàn cực ngược.
Người ta ứng dụnt! sự thay dổi của c, llico ihế phân cực ngược đế chế tạo diốt Varicap (diốl có diện dung thav dổi).
3.5.2. Điện dung khuếch tán
Như dã biếu khi phân cực ihuận ỏ' tronu miền chuycn tiếp các hạl lải không cơ bàn dược phân pliối lại và thay dổi ihco hàm mũ dối với thế tác dụng, Irong khi X|, và x„ lại tuỳ ihuộc \'ào chính diồii dó.
'ỉỗ
So với các diện lích cân bằng n„p và các điện tích do kết quả cúa các hạt tái dư khi phân cực Ihuận dược gọi là điện tích khuếch tán ở phía p và (’)' phía N. K hi thê' lác dụng ihay dối thì các điện lích lùiy cũng ihay dổi theo. Sự thay dổi dó lương dương với diện dmnị kliiiêcli láu:
= : c:, =
d V dV ■
Do vậy điện dung khuếch lán tổng cộng bằng:
Q, = Q,„ + Scr {(d,, - xp) n„p + (d„ - x „ ) p „ „ } exp
2 K j j ỉ
q v ^
K,;r
c ,( io ® F ) .ự n )
Điện dung này cú giỏ Irị dỏnô kể khi phõn cực thuận, cũn khi phõn cực ngược nú rất nhỏ so với C|. Sự thay đổi diển hình của các thông số fj và C j của vùng chuyển liếp khi phân cực thuận dược mô lả trên hình 3.11.
Các biểu thức vừa tính ư trên chí được áp dụng cho vùng chuycn tiếp “ nháy bậc’', irong dó Iiồng dộ tạp chất dồng dều trong cá hai mién N và p, sự phân cách giữa hai miền này rõ nét \'à pháng. 'ruy nhiên, do công nghệ chế lạo, nồng độ tạp chất trong linh kiện thực có sự khác nhau rõ rệt với mô hình đã áp dụng, nên dể sứ dụng được các kết quá irên chúng ta phai có một số hiệu đính. Các kết quả trên sẽ dược sử dụng mội cách rộng rãi nếu ta thay
K T K I
hệ thức bàng m .với 1 < m < 2.
q q
Ngoài ra, nếu tính đến độ dày của miền N và p thì sơ đồ tương đương cúa điốt sẽ được bicu thị Irôn hình 3.12.
c ,
— II—
(mA)
Hình 3.11. Điện trỏ và diện dung động của vùng chuyển tiếp P-N.
R.
Hỉnh 3.12. Sơ đồ tương đương của điốt P-N .