Diffusionskapazität
Einleitung
Wird die Diode / der PN-Übergang in Flussrichtung betrieben, überschwemmen Ladungsträger die Grenze des PN-Übergangs.
Hierbei gehen sogar Ladungsträger relativ weit in den benachbarten Halbleiter über. Sie speichern sich dort ein.
Beim Umpolen – in den Sperrbereich – müssen diese Ladungsträger dann wieder abgebaut werden.
Diese gespeicherten Ladungsträger werden als Diffusionskapazität bezeichnet.
Bei der Diode treten Grundsätzlich zwei verschiedene Kapazitäten auf:
– Die Diffusionskapazität, in welcher es in diesem Beitrag geht und die
– ⇨ Sperrschichtkapazität
Erklärung Diffusionskapazität
Die Diffusionskapazität tritt auf, wenn die Diode / PN-Übergang in Flussrichtung betrieben wird.
Wird die Diode in Flussrichtung betrieben, wird der PN-Übergang mit Ladungsträgern überschwemmt. Die Ladungsträger gehen sogar in das jeweils andere Gebiet über. Das bedeutet: Die Minoritätsladungsträger in den Bahngebieten steigen an. Man kann also sagen, dass die Minoritätsladungsträger in den Bahngebieten gespeichert werden.
Das folgende Bild zeigt den Ladungsträgerdichteverlauf. Hier sind diese Minoritätsladungsträger markiert.
⇨ Ladungsträgerdichteverlauf
Wird die Diode nun umgepolt, müssen diese gespeicherten Ladungsträger / die Diffusionskapazität abgebaut werden.
Die Diffusionskapazität liegt typischerweise im Bereich von einigen 100pF bis einigen 100nF.
Auswirkung der Diffusionskapazität
In der Praxis ist die Diffusionskapazität grundsätzlich unerwünscht.
Sie ist maßgeblich verantwortlich für die Sperrverzögerungszeit bei der Diode.
Die gespeicherten / eingelagerten Minoritätsladungsträger müssen erst abgebaut werden.
⇨ Schaltverhalten Diode
Diffusionskapazität Diode – Zusammenfassung
Die Diffusionskapazität tritt bei der Diode auf, wenn sich diese im Flussbetrieb befindet. Durch das Fluten des PN-Übergangs werden Ladungsträger (Minoritätsladungsträger) in den Bahngebieten gespeichert und stellen so eine Kapazität dar. Wird die Diode umgepolt, müssen diese abgebaut werden.
Diffusionskapazität vs. Sperrschichtkapazität
Bei der Diode / beim PN-Übergang treten zwei unterschiedliche Kapazitäten auf.
Im Vergleich zur Sperrschichtkapazität ist die Diffusionskapazität wesentlich größer. Wie bereits erklärt, tritt die Diffusionskapazität nur in Flussrichtung auf, während die Sperrschichtkapazität in Sperrrichtung auftritt.
Beide Kapazitäten haben Einfluss beim Schalten der Diode.
⇨ Sperrschichtkapazität
⇨ Schaltverhalten Diode
Diffusionskapazität Formel / Berechnen
Um die Diffusionskapazität zu berechnen, kann folgende Formel verwendet werden.
L = Rekombinationsweglänge [cm]
np0 = Ungestörte Dichte der Minoritätsladungsträger [cm^-3]
D = Diffusionskoeffizient [cm^2s^-1]
A = Sperrschichtfläche [cm^2]
QF = Eingespeicherte Ladung in der Sperrschicht [As]
Differenzieller Widerstand rD
L = Rekombinationsweglänge [cm]
D = Diffusionskoeffizient [cm^2s^-1]
rD = Differenzieller Widerstand
T = Zeitkonstante (Lebensdauer der Minoritätsladungsträger) [s]
Vereinfachter Ansatz:
