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
, surge da região de depleção da junção. Quando aplicamos uma tensão reversa, a largura
dessa região cresce e a quantidade de carga espacial
retira-se ou insere-se. Por definição geral de capacitância, temos
e, no caso da depleção,
onde
é a permissividade do semicondutor,
a área da junção e
a largura da região de depleção que depende da tensão reversa
. Em resumo,
diminui com aumento de polarização reversa porque
aumenta.
Passo 3
A capacitância de difusão, que chamaremos de
, aparece sob polarização direta quando há injeção de portadores minoritários nos quarte-neutros. Sob tensão direta, muda a densidade de carga armazenada
nessas regiões quasi-neutras. Novamente usando
vemos que
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:
- Polarização
-
domina em polarização reversa (ou pequenos sinais em torno de zero bias). -
domina em polarização direta (quando a junção está conduzindo).
- Origem física
-
vem da variação da largura da região de depleção. -
vem da variação da carga armazenada de portadores minoritários nas regiões quasi-neutras.
- Dependência de frequência
-
responde a sinais até frequências muito altas (dezenas de GHz em diodos rápidos). -
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
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
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.