Hallo allerseits! Im dynamischen Kleinsignalmodell einer Diode befindet sich parallel zum differentiellen Widerstand r_D eine Kapazität, die abhängig von der Beschaffenheit des pn-Übergangs ist. http://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Dynamisches_Kleinsignalmodell Die Raumladungszone ändert ihre Breite je nach angelegter Spannung, somit ändert sich auch die Kapazität. Jetzt wird bei Wikipedia bzw. im Buch "Halbleiterschaltungstechnik" von Tietze/Schenk eine Sperrschicht- und eine Diffusionskapazität unterschieden. Sind das zwei Begriffe für den gleichen Effekt (je in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung) oder hab ich da was nicht richtig kappiert? Vielen Dank!
Die Sperrschichtkapazität bzw. Diffusionskapazität sind schon als Kapazität an der selben Stelle im Ersatzschaltbild, sind aber als parallel zu sehen. Die Trennung kommt wegen der unterschiedlichen Erklärungen / Berechnung, nicht weil das wirklich getrennte Kapazitäten wären. Je nach Spannung dominiert der eine oder andere Effekt und der andere kann vernachlässigt werden. Beide Kapazitäten haben auch eine andere mikroskopische Ursache. Besonders bei der Diffusionkapazität ist die übliche Formel auch nur eine Näherung für nicht so hohe Frequenzen.
> Die Trennung kommt wegen der unterschiedlichen > Erklärungen / Berechnung, nicht weil das wirklich getrennte Kapazitäten > wären. Na, das sind schon unterschiedliche Wirkungen und daher Kapazitäten. Die Diffusionskapazität beschreibt die durchlassstromabhängige Ladung im Übergang und im Gegensatz dazu ist die Sperrschichtkapazität eine weitgehend "echte", die von der Fläche und dem Plattenabstand (der Breite der Raumladungszone) abhängt.
Ulrich schrieb: > Beide Kapazitäten haben auch eine andere mikroskopische Ursache. Ok, wenn ich genau drüber nachdenke, wird mir halbwegs klar worum es geht: Sperrschichtkapazität bedeutet Raumladungszone existent, d.h. sie ist ein Maß für den Mangel an freien Ladungsträgern in diesem Bereich (Spannungsbereich neg. Durchbruchsspannung bis Flussspannung). Diffusionskapaziztät ist ein Maß für die "Überkompensation" der Raumladungszone, d.h. dass sich dort, wo normalerweise Raumladungszone wäre, (bewegte) Ladungsträger befinden - die Ladungsträgerdichte ist logischerweise proportional der Stromstärke. Über einer idealen Diode fällt max. die Flussspannung ab, damit steigt die Kapazität proportional zur Ladung (bzw. zum Strom). Beim Abschalten muss diese Ladung erst weg, bevor wieder eine Verarmungszone entstehen kann. Kritisch ist der Übergangsbereich, weil die Sperrschichtkapazität im Modell divergiert und die Diffusionskapazität bei Null beginnt. Bei einer realen Diode fließt auch unterhalb der Flussspannung schon ein Strom, damit überlagern sich beide Effekte. Im einfachsten Fall wird der Kapazitätsverlauf in dem Bereich deshalb linearisiert und es ergibt sich insgesamt eine mit der Spannung monoton anwachsende Gesamtkapazität. http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Process_of_the_barrier_capacitance.svg&filetimestamp=20120119212306 Ich denke, so passt das in etwa.
Die Diffusionskapazität entsteht nicht nur durch die Ladungsträger in der Raumladungszone. Außer vielleicht bei einer PIN Diode sind die meisten Ladungsträger (als überschüssige Minoritätsladungsträger) in der Bahngebieten, also außerhalb des PN Übergangs. Wenn ein Strom in Flussrichtung fließt, fließen Ladungsträger über die Sperrschicht und stauen sich dann dahinter als Minoritätsladungsträger. Wie viel Strom bei gegebener Spannung fließt hängt davon ab, wie schnell die Minoritäts-Ladungsträger dann rekombinieren können. Die Ladung bei der Diffusionskapazität sind sozusagen die Minoritätsladungsträger die darauf warten zu rekombinieren. Die Energie wird dabei nicht im makroskopischen Elektrischen Feld gespeichert, sondern als die Energie für die Elektron Loch Paare.
>Sind das zwei Begriffe für den gleichen Effekt (je in Vorwärts- bzw. >Rückwärtsrichtung) oder hab ich da was nicht richtig kappiert? Letztlich wird es darum gehen, eine Diode mit kleiner Kapazität zu wählen. Die HSMS2812 wird gerne in HF-Schaltungen genommen, eine sehr flinke Schottkydiode. Es gibt aber auch noch kleinere Dioden. Nur muß man da ein wenig mit der maximalen Sperrspannung aufpassen. Die sinkt dann oft dramatisch. Und auch der Serienwiderstand kann dann wieder ansteigen, was eventuell kontraproduktiv ist.
Ulrich schrieb: > Die Diffusionskapazität entsteht nicht nur durch die Ladungsträger in > der Raumladungszone. Außer vielleicht bei einer PIN Diode sind die > meisten Ladungsträger (als überschüssige Minoritätsladungsträger) in der > Bahngebieten, also außerhalb des PN Übergangs. Danke für die Korrektur, auch wenn es in meinem speziellen Fall wirklich um eine PIN-Diode geht (Bandstruktur verhindert eindringen in die gegenüberliegenden Bahngebiete weitestgehend). Kai Klaas schrieb: > Letztlich wird es darum gehen, eine Diode mit kleiner Kapazität zu > wählen. Da gibbet nix auszusetzen, aber für Diplomarbeiten muss man manchmal etwas weiter ausholen, um am Ende bei genau diesem Ergebnis zulanden... insbesondere dann, wenn die Diode selbst hergestellt wurde. seufz
>Da gibbet nix auszusetzen, aber für Diplomarbeiten muss man manchmal >etwas weiter ausholen, um am Ende bei genau diesem Ergebnis zulanden... >insbesondere dann, wenn die Diode selbst hergestellt wurde. Bei GaAs gab es da noch tiefe Donatoren und die Kapazität wurde frequenzabhängig, wenn ich mich richtig erinnere...
Hallo, auch wenn etwas weiter entfernt von der Thematik (Metall|Isolator|Halbleiter|Back-contact), ist die Studie zu MOS-Kondensatoren und deren frequenzabhängiges C-V-Verhalten durchaus hilfreich, um sich mehr in die Ersatzschaltbilder von solchen Übergängen und deren Verhalten einzulesen. (z.B. Physics of Semiconductor Devices, 3rd Ed., S. M. Sze, Kwok K. NG. oder auch Semiconductor Device Physics and Design, U. K. Mishra, J. Singh) MfG
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