Для резкого p+-n-перехода объемный заряд в переходе

При изменении напряжения на переходе изменяется его толщина, а следовательно, и заключенный в переходе нескомпенсированный заряд, что и обусловливает емкостный эффект. Барьерной емкостью (емкостью перехода) называют отношение приращения заряда на переходе dQ_д к вызвавшему его приращению напряжения du:

Отсюда следует, что барьерная емкость пропорциональна площади перехода П и возрастает при увеличении концентрации примесей. Кроме того, она зависит от напряжения перехода, т. е. является нелинейной емкостью. Обозначим начальное значение барьерной емкости (при u=0) через.

Тогда общее выражение (*) можно записать в виде.

(**).

График зависимости C_б/C₀=f (u)для диода с резким переходом представлен на рис (кривая Б). Из рисунка видно, что при увеличении обратного напряжения емкость перехода падает. Упрощенно эту зависимость можно пояснить следующим образом. Полупроводниковая p-n-структура представляет собой как бы электрический конденсатор, обкладками которого являются ри n-области, а диэлектриком — электронно-дырочный переход, практически не имеющий подвижных зарядов. При увеличении обратного напряжения толщина перехода возрастает, обкладки конденсатора как бы раздвигаются и емкость его падает.

Соотношение (**) справедливо только для структур с резким переходом. В общем случае зависимость емкости от приложенного напряжения может быть записана в виде.

.

где лежит в пределах от ½ до 1/3 в зависимости от концентрационного профиля перехода.

Значения С₀ в тонких переходах могут доходить до 300—600 пФ, а изменение емкости при изменении напряжения может быть десятикратным.

При переходе в область прямых напряжений возрастает не только барьерная емкость диода, но и емкость, обусловленная накоплением неравновесного заряда в ри n-областях структуры. В несимметричной р⁺-n-структуре неравновесный заряд, как указывалось, накапливается в базе:

(***).

Связанная с накоплением неравновесного заряда емкость диода называется диффузионной; она характеризует изменение неравновесного заряда в базе dQ_n при изменении напряжения диода на величину du. Из выражения (***) получаем для.

(****).

Эта емкость существенно отличается от обычной электрической емкости тела, характеризующей накопление равновесных зарядов. Диффузионная емкость характеризует накопление неравновесного заряда, при этом разноименные заряды накапливаются в одном и том же объеме, так как одновременно с инжекцией дырок из эмиттерного перехода в базу поступают электроны из вывода базы, чем обеспечивается сохранение электрической нейтральности тела базы. Вследствие процесса рекомбинации накопленный заряд, а следовательно, и диффузионная емкость быстро уменьшаются во времени. Скорость спада зависит от времени жизни неравновесных носителей заряда и толщины базы.

Для режима коротких импульсов, когда, из выражения (****) получаем.

Для диода с тонкой базой при получаем.

.

где — время диффузии носителей заряда сквозь базу.