1.2.4 PN结的电容特性

在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电荷量和耗尽层外的载流子数量均发生变化，这种电荷量随外加电压变化的电容效应，称为PN结的结电容。按产生的机理不同，结电容分成势垒电容和扩散电容两种。

1.势垒电容

PN结的耗尽层具有不能移动的带电离子，当外加电压（尤其是反向电压）发生变化时，会引起耗尽层的宽度和相应的电荷量发生改变。可以看出，PN结的耗尽层就像一个平板电容器。我们把耗尽层电荷量随外加电压变化而变化的电容效应，称为势垒电容，用CT表示。经推导，CT可表示为

式中，CT0为外加电压u=0时的CT值，它由PN结的结构、掺杂浓度等决定；UB为内建电位差；n为变容指数，与PN结的制作工艺有关，取值一般在1/3～6之间。

2.扩散电容

当PN结正向偏置时，扩散运动占主导地位。P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，边扩散边复合，使得靠近PN结边界处的少子（非平衡少子）浓度高，远离边界处的少子浓度低，浓度曲线呈指数规律，如图1.2.7中曲线①所示。当正偏电压加大时，扩散到N区的空穴数和扩散到P区的电子数增加，使得浓度分布曲线梯度增大，如图1.2.7中曲线②所示。这时图中两条曲线之间的面积，就是扩散区内非平衡少子电荷的改变量ΔQN。为了维持电中性，N区和P区内的非平衡多子浓度也相应地增大，引起相同的电荷改变量。我们把这种外加电压改变引起扩散区内存储电荷量变化的电容效应，称为扩散电容，用CD表示。

图1.2.7 P区少子浓度分布曲线

如果电压变化量为Δu时，引起非平衡自由电子电荷变化量ΔQN和非平衡空穴电荷变化量ΔQP，则P区（N区）存储的空穴（自由电子）电荷变化量包含两部分，即注入N区（P区）的ΔQP（ΔQN）和维持电中性注入P区（N区）的ΔQN（ΔQP），故P区和N区中各自存储的空穴和自由电子电荷变化量相等，均为ΔQ=ΔQN+ΔQP，则

由于PN结的CT和CD均等效地并接在PN结上，因此PN结上的总电容CJ为两者之和，即CJ=CT+CD。PN结正偏时，扩散电容占主导，其值通常为几十到几百pF；反偏时，势垒电容占主导，其值通常为几到几十pF。由于CT和CD均不大，因此在低频工作时，忽略它们的影响。