El documento describe dos tipos de capacitancia que ocurren en un semiconductor p-n: la capacitancia de transición y la capacitancia de difusión. En la región de polarización directa, se presenta principalmente la capacitancia de difusión (CD), que depende directamente de la velocidad de inyección de carga y los niveles crecientes de corriente resultan en niveles crecientes de CD. La CD se puede expresar como una función de la corriente de polarización directa I.

1. CAPACITANCIA
DE DIFUSION
Por: Estefania Barrios Ruiz

2. En el semiconductor p-n existen dos efectos de
capacitancia que deben considerarse. Ambos tipos de
capacitancia se encuentran en las regiones de
polarización directa y polarización inversa, pero
una sobrepasa la otra de tal manera que en cada
región solo se consideran los efectos de una sola
capacitancia.
Capacitancia de transición o de agotamiento.
Capacitancia de difusión o de almacenamiento.

3. En la región de polarización directa se tiene la
capacitancia de difusión o de almacenamiento (CD)
El efecto también se encuentra en la región de
polarización directa, pero este es mucho menor que
un efecto de capacitancia directamente dependiente
de la velocidad a la que la carga es inyectada hacia
las regiones justo fuera de la región de agotamiento.
El resultado es que niveles crecientes de corriente
resultaran niveles crecientes de la capacitancia de
difusión.

4. POLARIZACIÓN DIRECTA
Si el terminal positivo de la
fuente está conectado al material
tipo p y el terminal negativo de la
fuente está conectado al material
tipo n, diremos que estamos en
"Polarización Directa".
Si se polariza la unión PN en sentido directo, la tensión U
de la pila contrarresta la barrera de potencial creada
por la distribución espacial de cargas en la unión,
desbloqueándola, y apareciendo una circulación de
electrones de la región N a la región P y una circulación
de huecos en sentido contrarío.

5. Distribución de portadores minoritarios en una union pn polarizada
directamente. Se supone que la region p esta mas fuertemente
contamina que la n; Na >> Nd

6. Tenemos así una corriente eléctrica de valor elevado, puesto
que la unión PN se hace conductora, presentando una
resistencia eléctrica muy pequeña.
El flujo de electrones se mantiene gracias a la pila que los
traslada por el circuito exterior circulando con el sentido
eléctrico real, que es contrario al convencional establecido
para la corriente eléctrica.

7. El exceso de carga de huecos almacenado en la region n
se puede hallar del área sombreada bajo el
exponencial de esta manera:
sustituyendo por Pn(Xn) y usando esta otra ecuación es posible
expresar Qp como:

8. El factor que relaciona con ,
es un útil parámetro que tiene la dimensión
tiempo (s) y es denota

9. La constante de tiempo τp se conoce como el
exceso de portador de la minoría (agujero) de
por vida. Es el tiempo promedio que tarda un
orificio inyectado en la región n para re
combinarse con una mayoría de electrones.
Esta definición de τp implica que toda la carga
Qp desaparece y tiene que ser repuesta cada
τp segundos. La corriente que realiza la
reposición es Ip = Qp / τp

10. Esta relación dice que el exceso de carga de huecos
almacenas dos es proporcional a la componente de
corriente de huecos y a la duración de huecos.
Se puede desarrollar una relación semejante para la
carga almacenada en la región p

11. Donde τn es la vida del electrón en la región p. El
exceso total de cargo de minoría se puede obtener
sumando Qp y Qn
Esta carga puede expresarse en términos de la
corriente de diodo I = Ip + In como

12. Donde τT se denomina tiempo de tránsito medio de la
unión. Obviamente, τT está relacionado con τp y τn.
Además, para la mayoría de los dispositivos prácticos,
un lado de la unión está mucho más dopado que el
otro. Por ejemplo, si NA ND , se puede mostrar que
por tanto, TT τp
Para pequeños cambios alrededor de un punto de
polarización, podemos definir una difusión incremental
Capacitancia cd como

13. Donde I es la corriente de polarización directa. Notesé que
Cd es directamente proporcional a la corriente I y, por lo
tanto, es tan pequeña que es despreciable cuando el
diodo se polariza inversamente. Para mantener una Cd
pequeña, el tiempo de transito Tt debe hacerse pequeño,
un requisito importante para un pn, destinada a una alta
frecuencia.
Y puede mostrar que

14. EJERCICIO
Para la unión pn, para la cual Dp = 10 cm^2 / V⋅s y Lp = 5 µm,
encuentre τp y Cd con una corriente de polarización directa de
0,1 mA. Recuerde que para este cruce, Ip = I.
Resp. 25 ns; 96,5 pF