Descreva com suas próprias palavras qual a diferença entre as capacitâncias de difusão e transição.

Passo 1

O enunciado pede para compararmos duas formas de capacitância que aparecem numa junção PN: a capacitância de transição (ou de depleção) e a capacitância de difusão. O conteúdo envolve física de semicondutores, mais especificamente como a carga armazenada varia com a tensão aplicada numa junção PN.

Passo 2

A capacitância de transição, que chamaremos de C_{j}, surge da região de depleção da junção. Quando aplicamos uma tensão reversa, a largura W dessa região cresce e a quantidade de carga espacial Q_{j} retira-se ou insere-se. Por definição geral de capacitância, temos
C \;=\;\frac{dQ}{dV}
e, no caso da depleção,
C_{j}\;=\;\frac{dQ_{j}}{dV}\;\approx\;\frac{\varepsilon\,A}{W(V)},
onde \varepsilon é a permissividade do semicondutor, A a área da junção e W(V) a largura da região de depleção que depende da tensão reversa V. Em resumo, C_{j} diminui com aumento de polarização reversa porque W aumenta.

Passo 3

A capacitância de difusão, que chamaremos de C_{d}, aparece sob polarização direta quando há injeção de portadores minoritários nos quar­te-neutros. Sob tensão direta, muda a densidade de carga armazenada Q_{d} nessas regiões quasi-neutras. Novamente usando
C_{d} \;=\;\frac{dQ_{d}}{dV},
vemos que C_{d} é grande sempre que o dispositivo está em condução direta e armazenando muitos portadores. Essa capacitância reflete o tempo de vida e o processo de recombinação dos portadores injetados.

Passo 4

Comparando os dois mecanismos:
  1. Polarização
  • C_{j} domina em polarização reversa (ou pequenos sinais em torno de zero bias).
  • C_{d} domina em polarização direta (quando a junção está conduzindo).
  1. Origem física
  • C_{j} vem da variação da largura da região de depleção.
  • C_{d} vem da variação da carga armazenada de portadores minoritários nas regiões quasi-neutras.
  1. Dependência de frequência
  • C_{j} responde a sinais até frequências muito altas (dezenas de GHz em diodos rápidos).
  • C_{d} cai quando a frequência ultrapassa o inverso do tempo de vida dos portadores (pois não há tempo para armazenar/recombinar carga).

Resposta

A capacitância de transição C_{j} está associada à variação da carga na região de depleção quando se altera a tensão reversa, decrescendo com o aumento dessa polarização. Já a capacitância de difusão C_{d} surge em polarização direta, ligada ao armazenamento e recombinação de portadores minoritários nas regiões quasi-neutras, e depende fortemente do tempo de vida desses portadores e da taxa de injeção.

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