結(jié)電容,pn結(jié)電容,mos結(jié)電容詳解-KIA MOS管

pn結(jié)電容

一塊半導(dǎo)體晶體一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，中間二者相連的接觸面稱為PN結(jié)（英語(yǔ)：pn junction）。PN結(jié)是電子技術(shù)中許多元件，例如半導(dǎo)體二極管、雙極性晶體管的物質(zhì)基礎(chǔ)。PN結(jié)電容分為兩部分，勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。

勢(shì)壘電容

我們知道，P區(qū)空穴多，N區(qū)電子多，因?yàn)閿U(kuò)散，會(huì)在中間形成內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)。N區(qū)那邊失去電子帶正電荷，P區(qū)那邊得到電子帶負(fù)電荷。

當(dāng)給PN結(jié)加上穩(wěn)定的電壓，那么穩(wěn)定后，內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)的厚度也會(huì)穩(wěn)定為一個(gè)值，也就是說內(nèi)部電荷一定。如果PN結(jié)上的電壓向反偏的方向增大，那么內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)厚度也增加，即內(nèi)部電荷增多。反之，如果電壓減小，那么內(nèi)部電荷減少。

PN結(jié)兩端電壓變化，引起積累在中間區(qū)域的電荷數(shù)量的改變，從而呈現(xiàn)電容效應(yīng)，這個(gè)電容就是勢(shì)壘電容。

勢(shì)壘寬度，也就是內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)的寬度，是與電壓相關(guān)的。所以說，不同的電壓下，勢(shì)壘電容的大小也是不同的。

二極管在反偏時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，而正偏時(shí)，擴(kuò)散電容起主要作用。

擴(kuò)散電容

當(dāng)有外加正向偏壓時(shí)，在 p-n 結(jié)兩側(cè)的少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，都有一定的少數(shù)載流子的積累，而且它們的密度隨電壓而變化，形成一個(gè)附加的電容效應(yīng)，稱為擴(kuò)散電容。

當(dāng)PN結(jié)加上正向電壓，內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)被削弱，因?yàn)闈舛炔町悾琍區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散。

擴(kuò)散的空穴和電子在內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)相遇，會(huì)有部分空穴和電子復(fù)合而消失，也有部分沒有消失。沒有復(fù)合的空穴和電子穿過內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)，空穴進(jìn)入N區(qū)，電子進(jìn)入P區(qū)。

進(jìn)入N區(qū)的空穴，并不是立馬和N區(qū)的多子-電子復(fù)合消失，而是在一定的距離內(nèi)，一部分繼續(xù)擴(kuò)散，一部分與N區(qū)的電子復(fù)合消失。

顯然，N區(qū)中靠近內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)處的空穴濃度是最高的，距離N區(qū)越遠(yuǎn)，濃度越低，因?yàn)榭昭ú粩鄰?fù)合消失。同理，P區(qū)也是一樣，濃度隨著遠(yuǎn)離內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)而逐漸降低。

當(dāng)外部電壓穩(wěn)定不變的時(shí)候，最終P區(qū)中的電子，N區(qū)中的空穴濃度也是穩(wěn)定的。也就是說，P區(qū)中存儲(chǔ)了數(shù)量一定的電子，N區(qū)中存儲(chǔ)了數(shù)量一定的空穴。如果外部電壓不變，存儲(chǔ)的電子和空穴數(shù)量就不會(huì)發(fā)生變化，也就是說穩(wěn)定存儲(chǔ)了一定的電荷。

但是，如果電壓發(fā)生變化，比如正向電壓降低，電流減小，單位時(shí)間內(nèi)涌入N區(qū)中的空穴也會(huì)減小，這樣N區(qū)中空穴濃度必然會(huì)降低。同理，P區(qū)中電子濃度也降低。所以，穩(wěn)定后，存儲(chǔ)的電子和空穴的數(shù)量想比之前會(huì)更少，也就是說存儲(chǔ)的電荷就變少了。

電壓變化，存儲(chǔ)的電荷量也發(fā)生了變化，跟電容的表現(xiàn)一模一樣，這電容就是擴(kuò)散電容了。

勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容區(qū)別

聯(lián)系：兩者都具有電容效應(yīng)

區(qū)別：勢(shì)壘電容是由于空間電荷區(qū)的寬窄變化來產(chǎn)生的，而正偏的時(shí)候空間電荷區(qū)很窄，勢(shì)壘電容很小，近似可以忽略，即勢(shì)壘電容主要產(chǎn)生在pn結(jié)反偏時(shí)期；擴(kuò)散電容是靠非平衡少子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的濃度梯度產(chǎn)生的，反偏時(shí)主要是平衡少子在運(yùn)動(dòng)，耗盡層的寬度很寬，內(nèi)建電場(chǎng)限制著非平衡少子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，基本可以忽略，因此擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)主要產(chǎn)生在pn接正偏時(shí)期。

mos結(jié)電容

是半導(dǎo)體，就有PN結(jié)，有PN結(jié)，就有結(jié)電容。

盡管結(jié)電容的容量非常小,對(duì)電路穩(wěn)定性的影響卻是不容忽視的，處理不當(dāng)往往會(huì)引起高頻自激振蕩。更為不利的是,柵控器件的驅(qū)動(dòng)本來只需要一個(gè)控制電壓而不需要控制功率,但是工作頻率比較高的時(shí)候,結(jié)電容的存在會(huì)消耗可觀的驅(qū)動(dòng)功率，頻率越高,消耗的功率越大。

這也就是我們通常認(rèn)為，MOSFET的GS兩極之間是一個(gè)高阻值的電阻，但是在設(shè)計(jì)開關(guān)電源的時(shí)候，我們通常需要加粗Gate極的PCB走線。保障在開關(guān)的過程中，驅(qū)動(dòng)MOSFET的瞬間電流比較大，有足夠的通流能力。這正是因?yàn)闃O間等效電容的存在。

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