पी-एन डायोड

यह लेख p–n जंक्शन या डायोड लेखों की तुलना में p–n डायोड व्यवहार की अधिक विस्तृत व्याख्या प्रदान करता है।

p-n डायोड एक प्रकार का अर्धचालक डायोड  है जो p-n जंक्शन पर आधारित होता है। डायोड केवल एक दिशा में करंट का संचालन करता है, और इसे p-टाइप सेमीकंडक्टिंग लेयर को n-टाइप सेमीकंडक्टिंग लेयर से जोड़कर बनाया जाता है। सेमीकंडक्टर डायोड के कई उपयोग हैं जिनमें रेडियो संकेतों का पता लगाने और प्रकाश का उत्सर्जन और पता लगाने में प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में सुधार करना शामिल है।

संरचना
चित्र p-n सेमीकंडक्टर डायोड के लिए उपयोग की जाने वाली कई संभावित संरचनाओं में से दो को दिखाता है, दोनों को वोल्टेज बढ़ाने के लिए अनुकूलित किया जाता है जो उपकरण रिवर्स बायस में सामना कर सकते हैं। पी की तेज वक्रता से बचने के लिए शीर्ष संरचना मेसा का उपयोग करती है+-निकटवर्ती n-परत के बगल में क्षेत्र। नीचे की संरचना पी के तेज कोने के किनारे पर हल्के ढंग से डोप किए गए पी-गार्ड-अंगूठी का उपयोग करती है+- वोल्टेज को अधिक दूरी तक फैलाने और विद्युत क्षेत्र को कम करने के लिए परत। (सुपरस्क्रिप्ट जैसे एन+ या एन− अशुद्धता डोपिंग के भारी या हल्के स्तरों को संदर्भित करता है।)



विद्युत व्यवहार
आदर्श डायोड में अग्रदिशिक बायस ध्रुवीयता के लिए शून्य प्रतिरोध होता है, और रिवर्स वोल्टेज ध्रुवता के लिए अनंत प्रतिरोध (शून्य धारा संचालित करता है); यदि एक प्रत्यावर्ती धारा परिपथ में जुड़ा हो, तो अर्धचालक डायोड एक दिष्टकारी के रूप में कार्य करता है।

अर्धचालक डायोड आदर्श नहीं है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, डायोड एक गैर-शून्य घुटने के वोल्टेज (या टर्न-ऑन, कट-इन, या थ्रेशोल्ड वोल्टेज) तक पहुंचने तक सराहनीय रूप से आचरण नहीं करता है, जिसका मूल्य अर्धचालक (में सूचीबद्ध) पर निर्भर करता है ). इस वोल्टेज के ऊपर करंट-वोल्टेज वक्र का ढलान अनंत नहीं है (ऑन-रेसिस्टेंस शून्य नहीं है)। विपरीत दिशा में डायोड एक शून्येतर लीकेज करंट (चित्र में एक छोटे पैमाने द्वारा अतिरंजित) का संचालन करता है और ब्रेकडाउन वोल्टेज के नीचे पर्याप्त रूप से बड़े रिवर्स वोल्टेज पर अधिक नकारात्मक रिवर्स वोल्टेज के साथ करंट बहुत तेजी से बढ़ता है।

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, चालू या बंद प्रतिरोध एक चयनित बयाझिंग  बिंदु पर वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के पारस्परिक ढलान हैं:
 * $$ r_\text{D} = \left . \frac {\Delta v_\text{D}}{\Delta i_\text{D}} \right| _{v_\text{D}=V_\text{bias}} \, $$

कहाँ $$r_\text{D}$$ प्रतिरोध है और $$i_\text{D}$$ डायोड वोल्टेज परिवर्तन के अनुरूप वर्तमान परिवर्तन है $$\Delta v_\text{D}$$ पक्षपात पर $$V_\text{bias} \,. $$

ऑपरेशन
यहाँ, अचानक p–n डायोड के संचालन पर विचार किया जाता है। अचानक से इसका मतलब है कि पी- और एन-टाइप डोपिंग उस विमान पर एक समारोह की ओर कदम बढ़ाएं  डिसकंटिन्यूटी प्रदर्शित करता है जहां वे एक-दूसरे से मिलते हैं। इसका उद्देश्य वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को प्रदर्शित करने वाले चित्र में विभिन्न बायस व्यवस्थाओं की व्याख्या करना है। ऑपरेशन को बैंड-झुकने वाले आरेखों का उपयोग करके वर्णित किया गया है जो दिखाता है कि विभिन्न पूर्वाग्रह स्थितियों के तहत डायोड के अंदर स्थिति के साथ सबसे कम चालन बैंड ऊर्जा और उच्चतम वैलेंस बैंड ऊर्जा कैसे भिन्न होती है। अतिरिक्त चर्चा के लिए, सेमीकंडक्टर#बैंड संरचना पर प्रभाव और बैंड आरेख लेख देखें।

शून्य पूर्वाग्रह
चित्र p-n डायोड के लिए एक बैंड बेंडिंग आरेख दिखाता है; अर्थात्, कंडक्शन बैंड (ऊपरी रेखा) और वैलेंस बैंड (निचली रेखा) के लिए बैंड किनारों को पी-टाइप सामग्री (बाईं ओर) और एन-टाइप के बीच जंक्शन के दोनों किनारों पर स्थिति के कार्य के रूप में दिखाया गया है। सामग्री (दाईं ओर)। जब एक ही सेमीकंडक्टर के एक पी-टाइप और एन-टाइप क्षेत्र को एक साथ लाया जाता है और दो डायोड संपर्कों को शॉर्ट-सर्किट किया जाता है, तो फर्मी लेवल | फर्मी हाफ-ऑक्यूपेंसी लेवल (धराशायी क्षैतिज सीधी रेखा) एक स्थिर स्तर पर स्थित होता है। यह स्तर सुनिश्चित करता है कि जंक्शन के दोनों किनारों पर फील्ड-फ्री बल्क में छेद और इलेक्ट्रॉन कब्जे सही हैं। (इसलिए, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन के लिए यह आवश्यक नहीं है कि वह अधिभोग को समायोजित करने के लिए शॉर्ट सर्किट के माध्यम से एन-साइड को छोड़कर पी-साइड की यात्रा करे।)

हालांकि, एक फ्लैट फर्मी स्तर के लिए पी-टाइप साइड पर बैंड को एन-टाइप साइड पर संबंधित बैंड की तुलना में अधिक स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, जिससे बैंड किनारों में एक स्टेप (या बैरियर) बनता है, जिसे φ द्वारा लेबल किया जाता है।B. यह कदम पी-साइड पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को बोल्टज़मान कारक होने के लिए मजबूर करता है $$e^{-\varphi_\text{B}/V_\text{T}}$$पी-क्षेत्र में कम इलेक्ट्रॉन घनत्व के अनुरूप, एन-साइड की तुलना में छोटा। प्रतीक $$V_\text{T}$$ थर्मल वोल्टेज को दर्शाता है, जिसे परिभाषित किया गया है $$V_\text{T} = \tfrac{k_\text{B}T}{q} .$$ T = 290 केल्विन (इकाइयां)इकाई)s (कमरे के तापमान) पर, थर्मल वोल्टेज लगभग 25 mV है। इसी तरह, एन-साइड पर होल डेंसिटी पी-साइड की तुलना में छोटा बोल्ट्जमैन फैक्टर है। जंक्शन के पार अल्पसंख्यक वाहक घनत्व में यह पारस्परिक कमी वाहक घनत्वों के पीएन-उत्पाद को होने के लिए मजबूर करती है
 * $$p \, n=p_\text{B} \, n_\text{B}\, e^{-\varphi_\text{B}/V_\text{T}}$$

संतुलन पर डायोड के भीतर किसी भी स्थिति में। कहाँ $$p_\text{B}$$ और $$n_\text{B}$$ क्रमशः पी-साइड और एन-साइड पर थोक बहुसंख्यक वाहक घनत्व हैं।

बैंड किनारों में इस कदम के परिणामस्वरूप, जंक्शन के पास एक कमी क्षेत्र छेद और इलेक्ट्रॉनों दोनों से कम हो जाता है, जिससे एक इन्सुलेटिंग क्षेत्र बन जाता है जिसमें लगभग कोई मोबाइल चार्ज नहीं होता है। हालांकि, डोपेंट आयनों के कारण निश्चित, स्थिर शुल्क हैं। डिप्लेशन लेयर में मोबाइल चार्ज की निकट अनुपस्थिति का मतलब है कि मौजूद मोबाइल चार्ज डोपेंट आयनों द्वारा योगदान किए गए स्थिर चार्ज को संतुलित करने के लिए अपर्याप्त हैं: स्वीकर्ता डोपेंट के कारण पी-टाइप साइड पर एक नकारात्मक चार्ज और एन पर सकारात्मक चार्ज के रूप में डोनर डोपेंट के कारण टाइप साइड। इस आवेश के कारण इस क्षेत्र में एक विद्युत क्षेत्र है, जैसा कि प्वासों के समीकरण द्वारा निर्धारित किया गया है। अवक्षय क्षेत्र की चौड़ाई समायोजित होती है इसलिए p-पक्ष पर ऋणात्मक ग्राही आवेश n-पक्ष पर धनात्मक दाता आवेश को बिल्कुल संतुलित करता है, इसलिए दोनों ओर अवक्षय क्षेत्र के बाहर कोई विद्युत क्षेत्र नहीं होता है।

इस बैंड विन्यास में कोई वोल्टेज लागू नहीं होता है और डायोड के माध्यम से कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है। डायोड के माध्यम से करंट को बाध्य करने के लिए आगे बताए अनुसार एक अग्रदिशिक बायस लागू किया जाना चाहिए।

फॉरवर्ड बायस
फॉरवर्ड बायस में, बैटरी का पॉजिटिव टर्मिनल पी-टाइप मटेरियल से जुड़ा होता है और नेगेटिव टर्मिनल एन-टाइप मटेरियल से जुड़ा होता है ताकि छेद को पी-टाइप मटेरियल और इलेक्ट्रॉन्स को एन-टाइप मटेरियल में इंजेक्ट किया जा सके। n-प्रकार की सामग्री में इलेक्ट्रॉनों को उस तरफ बहुसंख्यक वाहक कहा जाता है, लेकिन जो इलेक्ट्रॉन इसे p-प्रकार की ओर बनाते हैं उन्हें अल्पसंख्यक वाहक कहा जाता है। एक ही वर्णनकर्ता छेद पर लागू होते हैं: वे पी-टाइप साइड पर बहुसंख्यक वाहक होते हैं, और एन-टाइप साइड पर अल्पसंख्यक वाहक होते हैं।

एक फॉरवर्ड बायस लागू वोल्टेज की मात्रा से दो थोक अर्ध-अधिभोग स्तरों को अलग करता है, जो पी-टाइप बल्क बैंड किनारों के अलगाव को एन-टाइप के ऊर्जा के करीब होने के लिए कम करता है। जैसा कि आरेख में दिखाया गया है, लागू वोल्टेज द्वारा बैंड किनारों में कदम कम किया जाता है $$\varphi_\text{B} - v_\text{D} .$$ (बैंड बेंडिंग आरेख वोल्ट की इकाइयों में बनाया गया है, इसलिए कोई भी इलेक्ट्रॉन आवेश परिवर्तित नहीं होता है $$v_\text{D}$$ ऊर्जा के लिए।)

फॉरवर्ड बायस के तहत, पी-साइड से एन-साइड में और इलेक्ट्रॉनों के एन-साइड से पी-साइड में विपरीत दिशा में एक प्रसार धारा प्रवाहित होती है (जो एक एकाग्रता ढाल द्वारा संचालित होती है)। इस स्थानांतरण को चलाने वाला ग्रेडिएंट निम्नानुसार स्थापित किया गया है: इंटरफ़ेस से बल्क दूर में, अल्पसंख्यक वाहकों की बहुसंख्यक वाहकों की तुलना में बहुत कम सांद्रता होती है, उदाहरण के लिए, पी-साइड पर इलेक्ट्रॉन घनत्व (जहां वे अल्पसंख्यक वाहक हैं) एक है कारक $$e^{-\varphi_\text{B}/V_\text{T}}$$ एन-साइड की तुलना में कम (जहां वे बहुसंख्यक वाहक हैं)। दूसरी ओर, इंटरफ़ेस के पास, वोल्टेज का अनुप्रयोग $$v_\text{D}$$ बैंड किनारों में कदम कम कर देता है और बोल्ट्जमान कारक द्वारा अल्पसंख्यक वाहक घनत्व बढ़ाता है $$e^{v_\text{D}/V_\text{T}}$$ थोक मूल्यों से ऊपर। जंक्शन के भीतर, पीएन-उत्पाद संतुलन मूल्य से ऊपर बढ़ जाता है:


 * $$p \, n = \left(p_\text{B} \, n_\text{B} \, e^{-\varphi_\text{B}/V_\text{T}}\right) e^{v_\text{D}/V_\text{T}} \ . $$

विसरण को चलाने वाला ग्रेडिएंट तब बैरियर पर बड़े अतिरिक्त अल्पसंख्यक वाहक घनत्व और बल्क में कम घनत्व के बीच का अंतर है, और यह ढाल इंटरफ़ेस से थोक में अल्पसंख्यक वाहकों के प्रसार को संचालित करता है। इंजेक्ट किए गए अल्पसंख्यक वाहक संख्या में कम हो जाते हैं क्योंकि वे पुनर्संयोजन तंत्र द्वारा थोक में यात्रा करते हैं जो थोक मूल्यों की ओर अतिरिक्त सांद्रता को चलाते हैं।

पुनर्संयोजन बहुसंख्यक वाहक के साथ सीधे मुठभेड़ से हो सकता है, दोनों वाहकों को नष्ट कर सकता है, या एक वाहक पीढ़ी और पुनर्संयोजन | पुनर्संयोजन-पीढ़ी केंद्र के माध्यम से हो सकता है, एक दोष जो वैकल्पिक रूप से छिद्रों और इलेक्ट्रॉनों को फंसाता है, पुनर्संयोजन में सहायता करता है। अल्पसंख्यक वाहकों का एक सीमित वाहक जीवनकाल होता है, और बदले में यह जीवनकाल सीमित करता है कि वे बहुसंख्यक वाहक पक्ष से अल्पसंख्यक वाहक पक्ष में कितनी दूर तक फैल सकते हैं, तथाकथित फ़िक के प्रसार के नियम # एक आयाम में उदाहरण समाधान: प्रसार लंबाई। प्रकाश उत्सर्जक डायोड में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का पुनर्संयोजन वैलेंस और चालन बैंड के बीच ऊर्जा अंतराल से संबंधित तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के उत्सर्जन के साथ होता है, इसलिए डायोड आगे की धारा के एक हिस्से को प्रकाश में परिवर्तित करता है।

आगे के पूर्वाग्रह के तहत, छेद और इलेक्ट्रॉनों के लिए अर्ध-अधिभोग लाइनें पूरे उपकरण में सपाट नहीं रह सकतीं, क्योंकि वे संतुलन में होते हैं, लेकिन अर्ध-फर्मी स्तर बन जाते हैं जो स्थिति के साथ भिन्न होते हैं। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, इलेक्ट्रॉन अर्ध-फर्मी स्तर स्थिति के साथ बदलता है, एन-बल्क में अर्ध-अधिभोग संतुलन फर्मी स्तर से, पी-बल्क में गहरे छिद्रों के लिए अर्ध-अधिभोग संतुलन स्तर तक। छेद अर्ध-फर्मी स्तर उल्टा करता है। थोक सामग्री में गहरे को छोड़कर दो अर्ध-फर्मी स्तर मेल नहीं खाते हैं।

आंकड़ा दिखाता है कि बहुसंख्यक वाहक घनत्व बहुसंख्यक वाहक घनत्व स्तरों से गिरता है $$(n_\text{B}, p_\text{B})$$ उनके संबंधित थोक सामग्री में, एक स्तर एक कारक के लिए $$e^{-(\varphi_\text{B} - v_\text{D}) / V_\text{T}}$$ बाधा के शीर्ष पर छोटा, जो संतुलन मूल्य से घटाया जाता है $$\varphi_\text{B}$$ अग्र डायोड बायस की मात्रा द्वारा $$v_\text{D} .$$ क्योंकि यह अवरोध विपरीत रूप से डोप की गई सामग्री में स्थित है, अवरोधक स्थिति में इंजेक्ट किए गए वाहक अब अल्पसंख्यक वाहक हैं। जैसा कि पुनर्संयोजन जोर पकड़ता है, अल्पसंख्यक वाहक घनत्व थोक अल्पसंख्यक वाहकों के लिए उनके संतुलन मूल्यों की गहराई के साथ गिरता है, एक कारक $$e^{-\varphi_\text{B} / V_\text{T}}$$ उनके थोक घनत्व से छोटा $$(n_\text{B}, p_\text{B})$$ इंजेक्शन से पहले बहुमत वाहक के रूप में। इस बिंदु पर अर्ध-फर्मी स्तर बल्क फर्मी स्तर की स्थितियों से जुड़ जाते हैं।

बैंड किनारों में घटे हुए कदम का अर्थ यह भी है कि आगे के पूर्वाग्रह के तहत कमी क्षेत्र संकरा हो जाता है क्योंकि पी-साइड से इसमें छेद और एन-साइड से इलेक्ट्रॉनों को धकेल दिया जाता है।

सरल पी-एन डायोड में वाहक घनत्व में घातीय वृद्धि के कारण आगे की धारा तेजी से आगे बायस वोल्टेज के साथ बढ़ जाती है, इसलिए लागू वोल्टेज के बहुत छोटे मूल्यों पर हमेशा कुछ वर्तमान होता है। हालांकि, अगर कोई किसी विशेष वर्तमान स्तर में रुचि रखता है, तो उसे वर्तमान स्तर तक पहुंचने से पहले घुटने के वोल्टेज की आवश्यकता होगी (सिलिकॉन डायोड के लिए ~ 0.7 वी, अन्य सूचीबद्ध हैं) ). घुटने के ऊपर, करंट तेजी से बढ़ता रहता है। कुछ विशेष डायोड, जैसे कि कुछ वैरिएक्टर, आगे की दिशा में घुटने के वोल्टेज तक कम वर्तमान स्तर को बनाए रखने के लिए जानबूझकर डिज़ाइन किए गए हैं।

उल्टा पूर्वाग्रह
रिवर्स बायस में छिद्रों के लिए अधिभोग स्तर फिर से बल्क पी-टाइप सेमीकंडक्टर के स्तर पर रहने लगता है जबकि इलेक्ट्रॉनों के लिए अधिभोग स्तर बल्क एन-प्रकार के लिए अनुसरण करता है। इस मामले में, पी-टाइप बल्क बैंड किनारों को रिवर्स बायस द्वारा एन-टाइप बल्क के सापेक्ष उठाया जाता है $$v_\text{R} ,$$ इसलिए लागू वोल्टेज द्वारा निर्धारित ऊर्जा द्वारा दो बल्क ऑक्यूपेंसी स्तरों को फिर से अलग किया जाता है। जैसा कि आरेख में दिखाया गया है, इस व्यवहार का मतलब है कि बैंड किनारों में कदम बढ़ा दिया गया है $$\varphi_\text{B} + v_\text{R},$$ और रिक्तीकरण क्षेत्र चौड़ा हो जाता है क्योंकि पी-साइड पर छिद्रों को इससे दूर खींच लिया जाता है और इलेक्ट्रॉनों को एन-साइड पर खींच लिया जाता है।

जब रिवर्स बायस लागू किया जाता है, तो रिक्तीकरण क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र बढ़ जाता है, शून्य बायस मामले की तुलना में इलेक्ट्रॉनों और छेदों को और दूर खींचता है। इस प्रकार, कोई भी धारा जो प्रवाहित होती है वह इस क्षेत्र में पीढ़ी-पुनर्संयोजन दोषों के कारण कमी क्षेत्र के अंदर वाहक निर्माण की बहुत कमजोर प्रक्रिया के कारण होती है। वह बहुत छोटा करंट रिवर्स बायस के तहत लीकेज करंट का स्रोत है। photodiode  में, घटना प्रकाश द्वारा कमी क्षेत्र में छेद और इलेक्ट्रॉनों के निर्माण का उपयोग करके रिवर्स करंट पेश किया जाता है, इस प्रकार घटना प्रकाश के एक हिस्से को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित किया जाता है।

जब रिवर्स बायस बहुत बड़ा हो जाता है, ब्रेकडाउन वोल्टेज तक पहुंच जाता है, तो कमी क्षेत्र में उत्पादन प्रक्रिया तेज हो जाती है जिससे हिमस्खलन की स्थिति पैदा हो जाती है जो भगोड़ा हो सकता है और डायोड को नष्ट कर सकता है।

डायोड कानून
आदर्श पी-एन डायोड का डीसी करंट-वोल्टेज व्यवहार शॉक्ले डायोड समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है:


 * $$I_\text{D} = I_\text{R} \left(e^{\frac{V_\text{D}}{nV_\text{T}}}-1\right), $$

कहाँ


 * $$V_\text{D}$$ डायोड के पार डीसी वोल्टेज है।
 * $$I_\text{R}$$ रिवर्स सैचुरेशन करंट है, वह करंट जो तब बहता है जब डायोड रिवर्स बायस्ड होता है (यानी, $$V_\text{D}$$ बड़ा और नकारात्मक है)।
 * $$n$$ आदर्श डायोड कानून द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में वृद्धि की धीमी दर को मॉडल करने के लिए पेश किया गया एक आदर्श कारक है।
 * $$V_\text{T}$$ का ऊष्मीय वोल्टेज है $$\tfrac{k_\text{B}T}{q},$$ T = 290 केल्विन (इकाई) पर लगभग 25 mV के बराबर।

यह समीकरण गैर-आदर्श व्यवहार जैसे अतिरिक्त रिवर्स लीकेज या ब्रेकडाउन घटना को मॉडल नहीं करता है।

इस समीकरण का उपयोग करते हुए, प्रतिरोध पर डायोड है


 * $$r_\text{D} = \frac{1}{di_\text{D}/dv_\text{D}} \approx \frac{nV_\text{T}}{i_\text{D}}, $$

कम प्रतिरोध प्रदर्शित करने से धारा जितनी अधिक होगी। नोट: विभेदक रूप  या समय-भिन्न डायोड करंट और वोल्टेज, लोअरकेस को संदर्भित करने के लिए $$i_\text{D} $$ और $$v_\text{D} $$ उपयोग किया जाता है।

समाई
p-n डायोड के n और p पक्षों के बीच अवक्षय परत एक इन्सुलेट क्षेत्र के रूप में कार्य करता है जो दो डायोड संपर्कों को अलग करता है। इस प्रकार, रिवर्स बायस में डायोड एक डिप्लेशन-लेयर कैपेसिटेंस प्रदर्शित करता है, कभी-कभी अधिक अस्पष्ट रूप से जंक्शन कैपेसिटेंस कहा जाता है, संपर्कों के बीच एक ढांकता हुआ स्पेसर के साथ समानांतर प्लेट कैपेसिटर के अनुरूप होता है। रिवर्स बायस में घटती परत की चौड़ाई बढ़ते हुए रिवर्स बायस के साथ चौड़ी हो जाती है $$v_\text{R} $$ और समाई तदनुसार कम हो जाती है। इस प्रकार, जंक्शन एक वोल्टेज-नियंत्रणीय संधारित्र के रूप में कार्य करता है। एक सरलीकृत एक आयामी मॉडल में, जंक्शन समाई है:


 * $$C_\text{J} = \kappa \varepsilon_0 \frac{A}{w(v_\text{R})} \, $$

साथ $$A $$ उपकरण क्षेत्र, $$\kappa $$ रिश्तेदार अर्धचालक ढांकता हुआ पारगम्यता, $$\varepsilon_0 $$ विद्युत स्थिरांक, और $$w $$ कमी चौड़ाई (उस क्षेत्र की मोटाई जहां मोबाइल वाहक घनत्व नगण्य है)।

आगे के पूर्वाग्रह में, उपरोक्त कमी-परत समाई के अलावा, अल्पसंख्यक वाहक चार्ज इंजेक्शन और प्रसार होता है। फॉरवर्ड बायस में बदलाव के साथ होने वाले माइनॉरिटी कैरियर चार्ज में बदलाव को व्यक्त करते हुए एक प्रसार समाई मौजूद है। संग्रहीत अल्पसंख्यक वाहक प्रभार के संदर्भ में, डायोड करंट है:
 * $$i_\text{D} = \frac{Q_\text{D}}{\tau} \, $$

कहाँ $$Q_\text{D} $$ अल्पसंख्यक वाहकों के प्रसार से जुड़ा प्रभार है, और $$\tau $$ पारगमन समय है, इंजेक्शन क्षेत्र को पार करने के लिए अल्पसंख्यक प्रभार के लिए लिया गया समय, आमतौर पर 0.1–100 नैनोसेकंड। इस आधार पर, प्रसार समाई की गणना की जाती है:


 * $$C_\text{D} = \frac {dQ_\text{D}}{dv_\text{D}} = \tau \frac {d i_\text{D}}{dv_\text{D}} = \frac{i_\text{D} \tau}{V_\text{T}} \ . $$

सामान्यतया, फॉरवर्ड बायस में सामान्य वर्तमान स्तरों के लिए, यह धारिता अवक्षय-परत धारिता से कहीं अधिक है।

क्षणिक प्रतिक्रिया
डायोड एक अत्यधिक गैर-रैखिक उपकरण है, लेकिन छोटे-सिग्नल विविधताओं के लिए इसकी प्रतिक्रिया का विश्लेषण एक छोटे-सिग्नल सर्किट का उपयोग करके किया जा सकता है, जो एक चयनित अर्ध-डीसी बायसिंग बिंदु (या क्यू-पॉइंट) पर आधारित होता है, जिसके बारे में संकेत भिन्न होने की कल्पना की जाती है। वर्तमान के साथ नॉर्टन के प्रमेय द्वारा संचालित डायोड के समतुल्य सर्किट $$I_\text{S}$$ और प्रतिरोध $$R_\text{S}$$ दिखाई जा रही है। आउटपुट नोड पर किरचॉफ के वर्तमान कानून का उपयोग करना:


 * $$I_\text{S}=\left(j\omega (C_\text{J}+C_\text{D}) + \frac{1}{r_\text{D}} +\frac{1}{R_\text{S}} \right) V_\text{O} \, $$

साथ $$C_\text{D} $$ डायोड प्रसार समाई, $$C_\text{J} $$ डायोड जंक्शन कैपेसिटेंस (डिप्लीशन लेयर कैपेसिटेंस) और $$r_\text{D} $$ डायोड चालू या बंद प्रतिरोध, सभी उस Q-बिंदु पर। इस सर्किट द्वारा प्रदान किया गया आउटपुट वोल्टेज तब है:
 * $$\frac{V_\text{O}}{I_\text{S}} =\frac{(R_\text{S} \mathit{\parallel} r_\text{D})}{1+j\omega (C_\text{D}+C_\text{J})(R_\text{S} \mathit{\parallel}r_\text{D})} \, $$

कहाँ || समानांतर प्रतिरोध ऑपरेटर को इंगित करता है। यह ट्रांसरेसिस्टेंस एम्पलीफायर एक कोने की आवृत्ति या कटऑफ आवृत्ति को दर्शाता है $$f_\text{c} $$:
 * $$f_\text{c} = \frac{1}{2\pi (C_\text{D}+C_\text{J})(R_\text{S} \mathit{\parallel}r_\text{D})} \, $$

और आवृत्तियों के लिए $$f \gg f_\text{c}$$ कैपेसिटर शॉर्ट-सर्किट रोकनेवाला के रूप में लाभ आवृत्ति के साथ बंद हो जाता है $$r_\text{D}. $$ मान लीजिए, जैसा मामला है जब डायोड चालू होता है, वह $$C_\text{D} \gg C_\text{J} $$ और $$R_\text{S} \gg r_\text{D}, $$ डायोड प्रतिरोध और समाई के लिए ऊपर पाए गए भाव प्रदान करते हैं:
 * $$f_\text{c} = \frac{1}{2 \pi n\tau} \, $$

जो कोने की आवृत्ति को डायोड ट्रांजिट समय से संबंधित करता है।

रिवर्स बायस में संचालित डायोड के लिए, $$C_\text{D} $$ शून्य है और टर्म कॉर्नर फ्रीक्वेंसी को अक्सर कटऑफ फ्रीक्वेंसी से बदल दिया जाता है। किसी भी घटना में, रिवर्स बायस में डायोड प्रतिरोध काफी बड़ा हो जाता है, हालांकि आदर्श डायोड कानून के रूप में अनंत नहीं है, और यह धारणा कि यह चालक के नॉर्टन प्रतिरोध से कम है, सटीक नहीं हो सकता है। जंक्शन कैपेसिटेंस छोटा है और रिवर्स बायस पर निर्भर करता है $$v_\text{R}. $$ कटऑफ आवृत्ति तब है:
 * $$f_\text{c} = \frac{1}{2\pi \, C_\text{J}(R_\text{S} \mathit{\parallel}r_\text{D})} \, $$

और रिवर्स बायस के साथ बदलता है क्योंकि चौड़ाई $$w(v_\text{R}) $$ बढ़ते हुए डायोड रिवर्स बायस के साथ मोबाइल कैरियर्स की कमी वाले इंसुलेटिंग क्षेत्र में वृद्धि होती है, जिससे कैपेसिटेंस कम हो जाता है।

यह भी देखें

 * पिन डायोड

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