PN结电容
pn结的结电容
pn结的结电容PN结是一种广泛应用于电子器件中的结构，它具有很多重要的特性，其中之一就是结电容。
本文将生动、全面地介绍PN结的结电容，以及它在实际应用中的指导意义。
首先，我们来了解一下PN结的结构。
PN结由P型半导体和N型半导体的相接处组成，两者之间形成了一个电势差。
在PN结中，P区含有大量的空穴（正电荷），N区则含有大量的电子（负电荷）。
当两个区域相接时，电子和空穴开始进行扩散运动，这导致了电荷的重新分布。
PN结的结电容是由这种电荷重新分布引起的。
具体来说，当PN结处于正向偏置状态时，P区的空穴和N区的电子会越过结沟层，形成正向电流。
这导致了P区的电荷减少，N区的电荷增加。
这种电荷重新分布形成了结电容，也可以看作是PN结两侧电荷的一种存储方式。
结电容在实际应用中具有重要的指导意义。
首先，结电容是PN结的关键参数之一。
通过调整结电容的大小，可以改变PN结的电流响应特性，进而实现多种功能。
例如，在调制器件中，结电容的大小可以决定光电二极管的响应速度和灵敏度，从而实现光信号的调制。
此外，在集成电路设计中，结电容也可以用于存储和传输信息。
其次，结电容的调控对于PN结的工作稳定性和可靠性也有重要的影响。
当结电容较大时，PN结会有更高的耦合效应，其稳定性和线性度更好，但响应速度较慢；反之，结电容较小时，响应速度更快，但对噪声和干扰的容忍度较低。
因此，在实际应用中，对结电容的合理选择需要在不同因素之间进行权衡。
最后，随着科技的不断进步，人们对结电容的研究也在不断深入。
通过先进的材料和工艺技术，研究者们致力于实现更高的结电容密度，并探索新的结电容调控方式。
这将为电子器件的设计和性能提供更多的可能性。
综上所述，PN结的结电容是一项重要的技术，它在电子器件中扮演着重要角色。
了解结电容的特性和应用意义，对于电子工程师和科研人员来说具有指导意义。
在今后的研究和应用中，我们可以进一步探索和利用结电容的优势，为电子技术的发展做出更大的贡献。
模电课件04第一章PN结电容
整流器广泛应用于各种电子设备 和电源供应系统中，如电源适配
器、充电器等。
放大器的运用
放大器是利用PN结的放大效应来实现信号放大的电子元件。
在放大器中，PN结电容的作用是控制信号的放大倍数和频率响应，从而 实现信号的放大。
放大器广泛应用于各种电子设备和系统中，如音频放大器、射频放大器 等。
PN结电容的物理意义
PN结电容反映了PN结两端电压与结 区内电荷分布之间的关系。
它对于理解半导体器件的工作原理、 分析电路性能以及设计新型器件具有 重要的意义。
PN结电容的特性
PN结电容具有非线性特性，即 在不同偏置电压下，PN结电容
的数值会发生变化。
PN结电容与温度密切相关，温 度的变化会影响PN结电容的大
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随着电子技术的不断发展，PN结电 容的应用范围越来越广泛，对其性能 的要求也越来越高。
为了满足不断增长的性能需求，PN 结电容的研究和开发也在不断深入， 新型材料和制备工艺不断涌现。
未来，随着电子器件的小型化和集成 化，PN结电容的发展将更加注重微 型化、高精度和高稳定性等方面，以 满足不断变化的市场需求。同时，随 着人工智能和物联网等新兴技术的快 速发展，PN结电容的应用领域也将 得到进一步拓展。
电荷存储与PN结电容
电荷在PN结空间电荷区中的存储形成 了PN结电容。
PN结电容的大小与空间电荷区的宽度 和掺杂浓度有关。
当外加电压施加在PN结两端时，自建 电场和外加电场的共同作用使得空间 电荷区中的电荷发生移动，导致电容 的充放电。
影响PN结电容的因素
01
02
03
掺杂浓度
pn结的特性,PN结的击穿特性,PN结的电容特性
pn结的特性,PN结的击穿特性,PN结的电容特性
当反向电压增大到一定值时，PN 结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增加，这种现象称为PN 结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反向击穿电压，如上图所示，PN 结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。
1、雪崩击穿：阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一
定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急剧增加，象雪崩一样。
雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN 结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。
2、齐纳击穿：当PN 结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程称为场致激发。
一般击穿电压在6V 以下是齐纳击穿，在6V 以上是雪崩击穿。
3、击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。
6V
左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。
4、稳压二极管：PN 结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN 结就不会烧坏，利用这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏安特性如上图所示：其主要参数有：VZ 、Izmin 、Iz 、Izmax。
PN结电容
扩散电容用符号CD表示
CD
UT
(I D IS )
τ是非平衡载流Q子N 的Q平P 均寿命，ID 是 正 向 电 流 。 上 式 说载明流C子D平与衡I浓D 成度 正比。CD比CT大，一般CD在数十x pF～0．正0偏1μPNF结范非围平内衡。少当子浓反度偏分时布， ID = -IS，故CD=0
3 变容二极管
CT(0) UD
UΦ
-U+CT
变容管的压控特性曲线
变容管广泛应用于高频电路
变容管的电路符号
特殊二极管
1．光敏二极管
2 ． 发光二极管
I/μA
光敏二极管的符号
-12 -8 -4
E=200lx E=400lx -50
UD / V
光电二极管的PN结特性曲线
反向电流与光照度E成正比关系
3． 激光二极管
发光二极管的符号 二极管型光电耦合器
UDU-ΔDUD
IS
2 扩散电容CD
P
N
可见，势垒电容可等效为一个极
板距离随外加电压变化的平行板 电容，极板距离就相当于空间电 荷区的宽度。
当 正 偏 电 压 UD 增 大 到 UD+ΔUD时
U+ΔU U
载流子浓度
相当于电容的充电
当外加正偏电压变化时，PN
ΔQN
ΔQP
结外扩散区内累积的非平衡
载流子数变化引起的电容效 应，称为扩散电容
发光二极管的符号
CT
当频率很高时
反如向果电使阻二r极d很管大反，偏反，偏这二时极CD管=0在高 频时可以当作电容器来使用，
CT
CT (0) (1 uD )
CT
U
变容二极管
pn结的结电容
pn结的结电容1. 什么是pn结pn结是一种半导体器件，由p型半导体和n型半导体通过扩散或合金形成的。
在p 型半导体中，电子浓度较低，空穴浓度较高；而在n型半导体中，电子浓度较高，空穴浓度较低。
当p型和n型半导体相接触时，形成了一个p-n结。
2. pn结的结电容原理pn结的两侧会形成一个空间电荷区（也称为耗尽层），这个区域没有可自由移动的载流子。
当对pn结施加正向偏置时，即将正极连接到p端、负极连接到n端，耗尽层会变窄。
这是因为正向偏置使得空穴从p端向n端移动，并与n端的电子复合，减小了耗尽层宽度。
在这种情况下，pn结就具有了一个等效的电容器特性。
这个电容器就是pn结的结电容。
3. 结电容的公式pn结的结电容可以通过以下公式计算：C = sqrt(2 * ε * ε0 * A / (q * Nd * (Vbi - V)))其中： - C 是 pn 结的等效结电容 - ε 是半导体的介电常数 - ε0 是真空的介电常数 - A 是 pn 结的交叉截面积 - q 是元电荷（1.6 x 10^-19 C） - Nd 是 n 型区域的杂质浓度 - Vbi 是内建电势（也称为势垒电压） - V 是施加在 pn 结上的偏置电压4. 结电容与偏置电压关系结电容与偏置电压之间存在着一定的关系。
当施加反向偏置时，pn结处于正向耗尽状态，结电容较大。
而当施加正向偏置时，pn结处于正向导通状态，结电容较小。
这是因为在正向耗尽状态下，耗尽层宽度较大，形成了一个较大的耗尽层容积。
而在正向导通状态下，耗尽层宽度减小，耗尽层容积也相应减小。
5. 结电容在实际应用中的作用结电容在半导体器件中起着重要作用。
以下是一些例子：5.1 反向恢复时间当一个二极管或晶体管由导通状态切换到截止状态时，需要一定时间来恢复到正常工作状态。
这个时间被称为反向恢复时间。
结电容是影响反向恢复时间的重要因素之一。
较大的结电容会导致较长的反向恢复时间。
5.2 高频特性结电容也会影响器件的高频特性。
PN结结电容
PN结结电容
PN结：
1）在外加正向电压时，电压大小的变化，引起空间电荷区（耗尽层）宽窄的变化，即空间电荷区正负电荷多少的变化，类似于电容充放电时极板电荷的变化，这种电容效应称之为“势垒电容”，Cb。
受主原子施主原子变成带电离子的数量变化
当PN结加反向电压时，Cb明显随u的变化而变化，利用这一特性制成变容二极管。
2）在外加正向电压大小变化时，引起耗尽层载流子（少子）浓度及数量的变化，这种电容效应称之为“扩散电容”，Cd。
3）PN结电容Cj=Cb+Cd
结面积小的为1pF左右，结面积大的为几十至几百pF，对于低频信号呈现出很大的容抗，其作用可忽略不计，因而只有在高频时才考虑结电容的作用。
pn结电容
PN结电容PN结电容分为两部分，势垒电容和扩散电容。
PN结交界处存在势垒区。
结两端电压变化引起积累在此区域的电荷数量的改变，从而显现电容效应。
当所加的正向电压升高时，多子(N区的电子、P区的空穴)进入耗尽区，相当于对电容充电。
当正向电压减小时，又会有电子、空穴从耗尽区分别流入N区、P区，相当于电容放电。
加反向电压升高时，一方面会使耗尽区变宽，会使P区的空穴进一步远离耗尽区，也相当于对电容的放电。
加反向电压减少时，就是P区的空穴、N区的电子向耗尽区流，使耗尽区变窄，相当于充电。
PN结电容算法与平板电容相似，只是宽度会随电压变化。
下面再看扩散电容。
PN结势垒电容主要研究的是多子，是由多子数量的变化引起电容的变化。
而扩散电容研究的是少子。
在PN结反向偏置时，少子数量很少，电容效应很少，也就可以不考虑了。
在正向偏置时，P区中的电子，N区中的空穴，会伴着远离势垒区，数量逐渐减少。
即离结近处，少子数量多，离结远处，少子的数量少，有一定的浓度梯度。
正向电压增加时，N区将有更多的电子扩散到P区，也就是P区中的少子----电子浓度、浓度梯度增加。
同理，正向电压增加时，N 区中的少子---空穴的浓度、浓度梯度也要增加。
相反，正向电压降低时，少子浓度就要减少。
从而表现了电容的特性。
PN结反向偏置时电阻大，电容小，主要为势垒电容。
正向偏置时，电容大，取决于扩散电容，电阻小。
频率越高，电容效应越显著。
在集成电路中，一般利用PN结的势垒电容，即让PN结反偏，只是改变电压的大小，而不改变极性。
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。
(完整版)PN结结电容
PN结结电容
PN结：
1）在外加正向电压时，电压大小的变化，引起空间电荷区（耗尽层）宽窄的变化，即空间电荷区正负电荷多少的变化，类似于电容充放电时极板电荷的变化，这种电容效应称之为“势垒电容”，Cb。
受主原子施主原子变成带电离子的数量变化
当PN结加反向电压时，Cb明显随u的变化而变化，利用这一特性制成变容二极管。
2）在外加正向电压大小变化时，引起耗尽层载流子（少子）浓度及数量的变化，这种电容效应称之为“扩散电容”，Cd。
3）PN结电容Cj=Cb+Cd
结面积小的为1pF左右，结面积大的为几十至几百pF，对于低频信号呈现出很大的容抗，其作用可忽略不计，因而只有在高频时才考虑结电容的作用。
pn结的势垒电容和扩散电容
pn结的势垒电容和扩散电容
（最新版）
目录
1.PN 结的势垒电容和扩散电容的定义
2.势垒电容的作用和特性
3.扩散电容的作用和特性
4.势垒电容和扩散电容的区别和联系
正文
在半导体材料中，PN 结是一种重要的结构，它是由 P 型半导体和 N 型半导体相互接触而形成的。
在 PN 结中，存在两种电容，分别是势垒电容和扩散电容。
势垒电容，又称为空间电荷区电容，是由 PN 结中的空间电荷区形成的电容。
在 PN 结正向偏置时，空间电荷区会被消除，势垒电容会变得很小。
而在 PN 结反向偏置时，空间电荷区会增加，势垒电容也会相应地增加。
势垒电容的作用主要在于存储和释放电荷，影响 PN 结的导电特性。
扩散电容，是由 PN 结中的电子和空穴扩散形成的电容。
扩散电容的大小与半导体材料的性质、温度和偏置电压等因素有关。
在正向偏置时，扩散电容较小；在反向偏置时，扩散电容较大。
扩散电容的作用主要在于限制 PN 结的反向电流，提高 PN 结的稳定性。
势垒电容和扩散电容在 PN 结中起着重要的作用，但它们之间存在一定的区别和联系。
势垒电容主要影响 PN 结的导电特性，而扩散电容主要限制 PN 结的反向电流。
然而，这两种电容在实际应用中往往是同时存在的，它们共同决定了 PN 结的电学特性。
总之，PN 结中的势垒电容和扩散电容具有各自的特性和作用，它们共同决定了 PN 结的导电特性和稳定性。
pn结的势垒电容和扩散电容
pn结的势垒电容和扩散电容PN结是半导体器件中最基本的结构之一，由P型和N型半导体材料的结合形成。
它在电子器件中具有重要的作用，其中势垒电容和扩散电容是PN结特有的两种电容。
下面将为大家详细解释这两种电容，并说明它们的作用和应用。
首先，我们来了解一下势垒电容。
势垒电容是指PN结中由于空间电荷区的形成而产生的电容效应。
在PN结中，N型区和P型区的杂质浓度不一样，导致了电荷的不均匀分布。
当PN结正向偏置时，P型区的正电荷和N型区的负电荷相互吸引，形成势垒电荷。
势垒电容是由这些电荷分布所形成的电容效应。
它的大小与PN结的面积、杂质浓度以及正向偏置电压有关。
势垒电容的特点是当正向偏压增大时，电容值会减小；而当反向偏压增大时，电容值也会减小。
接下来，我们介绍一下扩散电容。
扩散电容是指PN结中由于扩散效应而产生的电容效应。
扩散电容是由于PN结两侧P型和N型区的杂质浓度不同而产生的。
在PN结正向偏置时，自由载流子会从高浓度区向低浓度区扩散，形成了电荷分布不均匀的状态。
这种不均匀分布形成了扩散电容。
扩散电容的大小与PN结的面积、杂质浓度以及正向偏置电压有关。
扩散电容的特点是当正向偏压增大时，电容值会增加；而当反向偏压增大时，电容值也会增加。
势垒电容和扩散电容在PN结的工作中起着重要的作用。
势垒电容主要用来储存电荷，并在正向偏压下形成势垒电位，对电流的传输起到控制作用。
扩散电容则主要用来储存在PN结中扩散的载流子，并在扩散电流发生时起到控制作用。
这两种电容相互结合起来，可以精确地调节PN结的工作状态，满足电路的要求。
在实际应用中，势垒电容和扩散电容广泛应用于各种电子器件中。
例如，二极管和晶体管中的PN结，使用了势垒电容和扩散电容来实现信号的调节、放大和传输。
而在高频电路和射频器件中，势垒电容和扩散电容则用来实现高速信号的处理和传输。
此外，势垒电容和扩散电容还被应用于集成电路和微电子器件中，为芯片的设计和制造提供了重要的基础。
PN结电容电压特性测量
PN结电容电压特性测量一、数据记录
2、PN结反向直流偏压特性
二、数据分析
1、PN结正向直流偏压特性曲线如下图1：
图1
在较大的正向直流偏压下，扩散电容起主要作用，总的微分扩散电容：
故扩散电容随偏置电压的增加而增加。
2、PN结反向直流偏压特性如下图2：
图2
当外加反向直流偏压时，由于势垒电容：
故在反向偏压下，势垒电容随偏压|V|的增加而减小。
误差分析：
本实验中存在由于实验装置本身的缺陷导致的系统误差。
三、思考题
什么是PN结的电容效应？它有哪些应用？
答：在PN结（两种半导体的交界处）会因为外加电压产生一定电荷积累，即结电容效应。
根据成因分为“势垒电容”和“扩散电容”。
PN结电容在向PN结施加反向电压时会发生变化，电压越高时，结电容越小，反之越低。
利用这个特性，只要能精确的控制加在PN结上的电压即可实现对电容量的精确控制，由于结电容比较小，通过隔直流电容以后可以用在任何需要改变电容的小电容场合。
在无线电接收或发射机上由于频率较高，所需的电容量较小，刚好符合PN结电容变化的程度。
因此，现在在无线电收发机上变容二极管的使用相当广泛，目前的电视机，电调收音机都是采用变容二极管实现的。
对耗尽层、结电容、PN结的一些理解
扩散、漂移：多子的运动称为扩散；少子的运动称为漂移。
耗尽层、结电容、PN结：PN结中由于p区和n区的电子空穴发生中和，在结中会形成耗尽区，PN结因此可以叫耗尽层，由于PN结反向不导通，因此可以叫做阻挡层。
耗尽层是指PN结中在漂移运动和扩散作用的双重影响下载流子数量非常少的一个高电阻区域。
耗尽层的宽度与材料本身性质、温度以及偏置电压的大小有关。
在PN结中，由于载流子浓度的梯度，空穴、电子会通过扩散作用的形式分别向掺杂浓度低的N区、P区移动，P区流走空穴流进电子并大部分中和P区空穴，剩下少量电子，N区流走电子流进空穴并中和N区电子，剩下少量空穴。
扩散作用产生的少数载流子（P区多出的电子和N区多出的空穴）会产生一个较强的内建电场。
这个电场会使载流子发生漂移运动，这一运动与扩散的方向正好相反，二者会达成动态平衡。
这两种作用的结果是在PN结处形成一个电子、空穴都很稀少的耗尽层，即其中的载流子——电子和空穴都被耗尽了。
因为耗尽层中载流子少，电阻大，其特征类似电容，这一电容也被称为结电容。
PN结反偏会使耗尽层变厚。
把1块P型半导体和1快N型半导体紧密联接在一起（只能用化学方法连接）时，在交界面上会形成很薄的空间电荷区即PN结。
由于P区空穴浓度大，空穴会往N区扩散；N区电子浓度大，电子会向P区扩散。
扩散的结果是：P区薄层Ⅰ中流走了空穴，流进了电子，其中流进的电子大部分与空穴复合掉，而剩下了很少量的电子形成带负电的离子；N区薄层Ⅱ中流走了电子，流进了空穴，其中流进的空穴大部分与电子复合掉，而剩下很少量的空穴而形成带正电离子，这些离子因物质结构的关系，它们不能移动，因此称为空间电荷。
它们集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结，PN结中电荷数量很少几乎是没有所以又称耗尽层。
扩散形成的PN结薄层中正负电荷之间会形成反向的内建电场，内电场促使少子漂移并阻止多子扩散，随着扩散的继续，薄层会变厚（或者说变宽），内建电场会增强，最后多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
模电044PN结电容
扩散电容用符号CD表示
CD
2020/6/16
UT
(I D IS )
τ是非平衡载流Q子N 的Q平P 均寿命，ID 是 正 向 电 流 。 上 式 说载明流C子D平与衡I浓D 成度 正比。CD比CT大，一般CD在数十x pF～0．正0偏1μPNF结范非围平内衡。少当子浓反度偏分时布， ID = -IS，故CD=0
3 变容二极管
id PN结总电容CJ = CT +CD，称CJ为的结电容 正偏二极管的扩散电容CD比势垒电容CT大， CJ以CD为主
加反向偏压时，CD=0，CJ以CT为主
二极管高频小信号模型
id
CD rd
一般当信号角频率ω较低时， rd<< l/（ωCJ） ，CD和CT的容 抗很大，相当于开路，二极管 的小信号模型中只有rd
CT
当频率很高时
2020/6/16
反如向果电使阻二r极d很管大反，偏反，偏这二时极CD管=0在高 频时可以当作电容器来使用，
CT
CT (0) (1 uD )
CT
U
变容二极管
iidd
CD
rd
CT
Uφ 为 PN 结 内 建 电 压 ， CT (0) 是 反 向 偏 压 UD ＝ 0V 时 的 势 垒 电 容。γ称为变容 指数
UDU-ΔDUD
IS
2 扩散电容CD
P
N
可见，势垒电容可等效为一个极
板距离随外加电压变化的平行板 电容，极板距离就相当于空间电 荷区的宽度。
当 正 偏 电 压 UD 增 大 到 UD+ΔUD时
U+ΔU U
载流子浓度
相当于电容的充电
当外加正偏电压变化时，PN
PN结电容：交流特性
学习材料
48
光电二极管〔光伏型光电探测器〕
与光电池一样，都是利用了p-n结的 光生伏特效应.
通常,工作时加反向偏压--将光信号转 变成电信号.
学习材料
49
学习材料
50
发光二极管〔pn结电致发光〕
pn结加正向偏压，使系统处于 非平衡态--注入非平衡载流子，这 些非平衡载流子因复合而产生光辐 射.
C=dQ/dV
学习材料
11
扩散电容 CD
学习材料
12
扩散电容
正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压 增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一 局部扩散走了，一局部则增加了N区的空穴累积，增加 了载流子的浓度梯度。
电子情况完全相同。 在外加电压变化时，N扩散区内累积的非平衡空穴 也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。 P扩散区情况完全相同。 这种由于扩散区累积的电荷数量随外加电压的变化 所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。
学习材料
52
学习材料
图10-29
53
发光二极管
下表列出了用来在 可见光与红外光谱 区产生光源的半导 体。
在所列出的半导 体材料中，对于可见 光LED而言，最重要 的 是 GaAs1-yPy 与 GaxIn1-xN合金的Ⅲ-V 族化合物系统。
学习材料
54
发光二极管
以下图是平面二极管架构的可见光LED的根本结构图。其中图 (a)的截面图是以砷化镓为衬底制造的发红光的直接禁带LED。
§3 PN结电容——交流特性
2.4 P-N结电容
P-N结有整流效应，但是它又包含着破坏整 流特性的寄生因素。这个因素就是P-N结的电容。
一个P-N结在低频电压下，能很好地起整流 作用，但是当交流电压频率增高时，其整流特性 变坏，甚至根本上没有整流效应。这是因为P-N 结具有电容特性。
pn结电容
pn结电容一、概述pn结电容是一种基本的半导体器件，它由p型半导体和n型半导体构成，中间隔着一个pn结。
当在pn结两侧施加不同的电压时，会形成一个电场，从而使得pn结两侧的载流子发生漂移运动，进而改变pn 结的电容。
因此，pn结电容可以用来制作各种类型的电路和器件。
二、工作原理1. pn结介质层在没有外加电压时，p型区域和n型区域之间存在着一个正向偏置的内建势垒。
这个内建势垒是由于p型区域中多余的空穴与n型区域中多余的自由电子在边界处发生复合而产生的。
这个势垒形成了一个具有一定宽度的空间电荷区域（也称为pn结介质层），其中几乎没有可自由移动的载流子。
2. 反向偏置当对pn结施加反向偏置时，外加电场方向与内建势垒相反。
这样就会使得空间电荷区域变宽，并且减小内建势垒高度。
这样就使得载流子能够穿过空间电荷区域，形成反向电流。
此时，pn结的电容就会随着反向偏置电压的增大而减小。
3. 正向偏置当对pn结施加正向偏置时，外加电场方向与内建势垒相同。
这样就会使得空间电荷区域变窄，并且增加内建势垒高度。
这样就使得载流子不能够穿过空间电荷区域，形成正向电流。
此时，pn结的电容就会随着正向偏置电压的增大而减小。
三、制备方法1. 扩散法将p型半导体和n型半导体放在一起，在高温下进行扩散处理，使p 型半导体中掺杂有n型杂质，n型半导体中掺杂有p型杂质。
这样就可以在两个不同类型的半导体之间形成一个pn结。
2. 气相沉积法将p型半导体和n型半导体放在一起，在高温下通过化学气相沉积的方式制备出来。
四、应用领域1. 通信领域：用于制作振荡器、滤波器等无线通信器件。
2. 信号处理领域：用于制作模拟电路、数字电路等各种类型的电路。
3. 传感器领域：用于制作温度传感器、气体传感器等各种类型的传感器。
4. 光电子学领域：用于制作光控开关、光控放大器等光电子学器件。
五、总结pn结电容是一种基本的半导体器件，它可以通过施加不同的电压来改变其电容值。
pn结势垒电容和温度
pn结势垒电容和温度
PN结势垒电容是指在PN结的两侧形成的电容。
当PN结处于正
向偏置或反向偏置状态时，都会形成一个电容。
在正向偏置状态下，少数载流子注入使得空间电荷区变窄，电容减小；而在反向偏置状
态下，空间电荷区变宽，电容增大。
PN结势垒电容与偏压之间的关
系由电容-电压特性曲线描述，这个特性曲线可以用来描述PN结电
容的变化情况。
温度对PN结势垒电容的影响主要体现在两个方面。
首先，温度
会影响PN结的导电性能，当温度升高时，载流子的浓度会增加，从
而影响PN结的电容特性。
其次，温度还会影响材料的介电常数，从
而影响PN结的电容。
在实际应用中，为了减小温度对PN结势垒电
容的影响，可以采用温度补偿技术或者选择温度稳定性好的材料来
制作器件。
总的来说，PN结势垒电容受到温度的影响主要表现在载流子浓
度和材料介电常数的变化上，这些变化会对PN结的电容特性产生影响。
因此，在设计和应用电子器件时，需要充分考虑温度对PN结势
垒电容的影响，采取相应的措施来保证器件的性能稳定性。
pn结电容
PN结电容PN结电容分为两部分，势垒电容和扩散电容。
PN结交界处存在势垒区。
结两端电压变化引起积累在此区域的电荷数量的改变，从而显现电容效应。
当所加的正向电压升高时，多子(N区的电子、P区的空穴)进入耗尽区，相当于对电容充电。
当正向电压减小时，又会有电子、空穴从耗尽区分别流入N区、P区，相当于电容放电。
加反向电压升高时，一方面会使耗尽区变宽，会使P区的空穴进一步远离耗尽区，也相当于对电容的放电。
加反向电压减少时，就是P区的空穴、N区的电子向耗尽区流，使耗尽区变窄，相当于充电。
PN结电容算法与平板电容相似，只是宽度会随电压变化。
下面再看扩散电容。
PN结势垒电容主要研究的是多子，是由多子数量的变化引起电容的变化。
而扩散电容研究的是少子。
在PN结反向偏置时，少子数量很少，电容效应很少，也就可以不考虑了。
在正向偏置时，P区中的电子，N区中的空穴，会伴着远离势垒区，数量逐渐减少。
即离结近处，少子数量多，离结远处，少子的数量少，有一定的浓度梯度。
正向电压增加时，N区将有更多的电子扩散到P区，也就是P区中的少子----电子浓度、浓度梯度增加。
同理，正向电压增加时，N 区中的少子---空穴的浓度、浓度梯度也要增加。
相反，正向电压降低时，少子浓度就要减少。
从而表现了电容的特性。
PN结反向偏置时电阻大，电容小，主要为势垒电容。
正向偏置时，电容大，取决于扩散电容，电阻小。
频率越高，电容效应越显著。
在集成电路中，一般利用PN结的势垒电容，即让PN结反偏，只是改变电压的大小，而不改变极性。
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。
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CT dQ dU
D
Q UD源自-ΔQP+ΔQ
N
当反偏电压UD增大ΔUD时 相当于对PN结充电 UD+ΔUD UD IS
同理，当UD减小ΔUD时
相当于PN结放电
CT dQ dU
D
+ΔQ PN势垒电容示意图 -ΔQ P N
Q U
D
可见，势垒电容可等效为一个极 板距离随外加电压变化的平行板 电容，极板距离就相当于空间电 荷区的宽度。
UD UD-ΔUD
IS
2 扩散电容CD
可见，势垒电容可等效为一个极 板距离随外加电压变化的平行板 电容，极板距离就相当于空间电 荷区的宽度。 当 正 偏 电 压 UD 增 大 到 UD+ΔUD时
P
N
U U+Δ U 载流子浓度
相当于电容的充电 ΔQP ΔQN 当外加正偏电压变化时，PN 结外扩散区内累积的非平衡 载流子数变化引起的电容效 τ是非平衡载流子的平均寿命，ID QN QP 应，称为扩散电容 是正向电流。上式说明CD 与ID 成 载流子平衡浓度 扩散电容用符号CD表示 x 正比。CD比CT 大，一般CD 在数十 pF～0．01μF范围内。当反偏时， 正偏PN结非平衡少子浓度分布 CD (I D I S ) UT ID = -IS，故CD=0
CT(0)
UD
UΦ
变容管的压控特性曲线
变容管广泛应用于高频电路
变容管的电路符号
特殊二极管
1．光敏二极管
光敏二极管的符号 -12 -8 -4 E=200lx E=400lx
I/ μ A UD / V -50
光电二极管的PN结特性曲线
2 ． 发光二极管
反向电流与光照度E成正比关系
3． 激光二极管
发光二极管的符号 发光二极管的符号 二极管型光电耦合器
1．3．6 PN结电容效应及应用 电容是一种能储存电荷(充电)和释放电荷(放电)的元件
点接触型PN结面积小，结电容很小，能在甚高频乃至微波波段完 成混频或检波
面接触型PN结面积大，极间电容大，可流过的直流或低频电流大， 适用频率低
PN结电容CJ包括势垒电容CT和扩散电容CD
CJ=CT +CD
1．势垒电容CT
3 变容二极管
id
PN结总电容CJ = CT +CD，称CJ为的结电容 正偏二极管的扩散电容CD比势垒电容CT大， CJ以CD为主 加反向偏压时，CD=0，CJ以CT为主 二极管高频小信号模型 一般当信号角频率ω较低时， rd<< l/（ωCJ） ，CD和CT的容 抗很大，相当于开路，二极管 的小信号模型中只有rd id CD
rd
CT
当频率很高时
如果使二极管反偏，这时CD=0 反向电阻rd 很大，反偏二极管在高 频时可以当作电容器来使用，
C T C T (0) (1 uD U )
变容二极管 id id CD rd CT CT -U+
CT
Uφ 为 PN 结 内 建 电 压 ， CT (0) 是 反 向 偏 压 UD ＝ 0V 时 的 势 垒 电 容。γ称为变容 指数