ROZDZIAA
V: Półprzewodniki
Temat 21 : Model pasmowy półprzewodnika.
Budowa półprzewodników.
Materiały pod względem przewodnictwa elektrycznego dzieli się na trzy grupy:
przewodniki, półprzewodniki i nieprzewodniki, zwane również dielektrykami, materiałami
izolacyjnymi. Klasyfikacja ta związana jest z wewnętrzną budową atomową ciał i ze stanami
energetycznymi nośników prądów w tych materiałach.
Podstawą podziału materiałów ze względu na ich właściwości elektryczne jest tzw.
pasmowy układ energetyczny.
W najogólniejszym przypadku istnieją w materiałach trzy pasma: przewodnictwa,
podstawowe i zabronione.
W paśmie przewodnictwa elektron może poruszać się pod wpływem czynników
zewnętrznych (temperatura, pole elektryczne).
W paśmie podstawowym (walencyjnym) na elektron działają tylko siły wynikające z ruchu
elektronów po ich orbitach oraz siły elektryczne działające między ujemnymi elektronami i
dodatnim jÄ…drem.
Pasmo zabronione znajduje się między pasmem podstawowym i pasmem przewodnictwa.
Wielkość pasma zabronionego określa się w elektronowoltach.
Elektronowolt (eV) jest energią uzyskaną przez elektron przebywający bez przeszkód drogę
pomiędzy punktami o różnicy potencjałów 1 V.
(1 eV = 1,602·10-19 J). Różnica pomiÄ™dzy półprzewodnikiem a dielektrykiem jest umowna i
dotyczy jedynie szerokości pasma zabronionego. Półprzewodniki mają pasmo zabronione o
szerokości Wg mniejszej bądz
równej 2 eV (german 0,7 eV; krzem 1,1 eV), natomiast
dielektryki  o szerokości większej niż 2 eV.
Rys.21.1. Model pasmowy: a) półprzewodnika; b) dielektryka.
Do materiałów półprzewodnikowych należy duża liczba krystalicznych ciał stałych,
występujących w przyrodzie w stanie naturalnym. W elektronice jednak znajdują zastosowanie
jedynie nieliczne materiały półprzewodnikowe, które są przetwarzane sztucznie z niektórych
pierwiastków lub związków chemicznych. Do pierwiastków tych należą: german (Ge), krzem
(Si), węgiel (C), selen (Se) oraz związki chemiczne, np. węglik krzemu (SiC), arsenek galu
(GaAs) i wiele innych. Istotną cechą materiałów półprzewodnikowych jest duża zależność ich
właściwości, a przede wszystkim rezystancji, od różnych warunków fizycznych, takich jak:
temperatury, natężenia pola magnetycznego i elektrycznego, światła oraz zawartości domieszek
chemicznych, rodzaju obróbki cieplnej i mechanicznej, budowy krystalicznej itp.
Rys21.2. Budowa sieci krystalicznej: a) monokryształu; b) polikryształu; c) ciała amorficznego.
Atomy w sieci monokrystalicznej są związane wiązaniem kowalencyjnym. Oznacza to, że
powłoki walencyjne (ostatnia orbita) tych atomów zachodzą na siebie. W związku z tym
elektrony walencyjne sąsiadujących ze sobą atomów są jakby wspólne. Gdy zostanie zerwane
wiązanie kowalencyjne, wówczas elektron staje się nośnikiem swobodnym, poruszającym się w
krysztale. Wyrwanie elektronu z wiązania powoduje powstanie luki, którą nazywamy dziurą.
Temat 22 : Generacja i rekombinacja.
Elektron w paśmie przewodnictwa jest swobodnym nośnikiem elementarnego ładunku
elektrycznego. Niedobór ładunku w paśmie walencyjnym, zwany dziurą, jest też swobodny, a
więc jest nośnikiem ładunku. Zwykle są dwie składowe ruchu ładunków, czyli prądu:
elektronowa i dziurowa.
Generacja nośników następuje pod wpływem dopływu energii (cieplnej, światła) Wth do
półprzewodnika. Zawsze jest to generacja par nośników, a więc półprzewodnik pozostaje
makroskopowo neutralny. Szybkość generacji nośników Go jest funkcją temperatury i
właściwości materiałowych. Gęstość objętościową nośników nazywa się koncentracją i
oznacza: n  dla elektronów, p  dla dziur (jednostka  najczęściej cm-3).
Rys.22.1. Generacja i rekombinacja par nośników.
Wv  wierzchołek pasma podstawowego, Wc  dno pasma przewodnictwa; Wpr
 energia wyjścia elektronu z półprzewodnika.
Rekombinacja, czyli anihilacja par nośników, jest procesem równoczesnym z generacją. W
stanie równowagi termodynamicznej szybkość rekombinacji Ro jest równa szybkości generacji,
Ro= Go. Podczas rekombinacji energia elektronu powracajÄ…cego do pasma walencyjnego ulega
zmniejszeniu. Nadwyżka energii zamienia się albo na drgania cieplne sieci krystalicznej
(fonony), jeśli jest to rekombinacja pośrednia  typowa dla germanu i krzemu, albo
wypromieniowana na zewnątrz (fotony), jeśli jest to rekombinacja bezpośrednia  typowa dla
arsenku galu (GaAs).
Ponieważ w półprzewodniku samoistnym mamy do
czynienia z generacjÄ… par elektron  dziura, w zwiÄ…zku z
tym koncentracja elektronów i dziur jest taka sama i nosi
nazwÄ™ koncentracji samoistnej.
Temat 23 : Domieszkowanie - półprzewodniki typu n i p.
W przypadku gdy do czystego kryształu krzemu lub germanu dodać pierwiastek
pięciowartościowy, np. antymonu, cztery spośród pięciu elektronów zewnętrznych atomu
antymonu (Sb), wprowadzonego do kryształu na miejsce atomu germanu, utworzą wiązania z
sÄ…siednimi atomami, podobnie jak znajdujÄ…cy siÄ™ poprzednio w tym miejscu german (rys, 23.1).
Piąty elektron antymonu nie może już wejść do wiązań między atomowych. Pomimo tego że
jądro atomu antymonu ma ładunek pięciu dodatnich jednostek i wywiera siły na piąty elektron, to
jednak w normalnej temperaturze energia cieplna jest wystarczająco duża, aby oswobodzić
ten dodatkowy elektron. Elektron ten w przypadku, gdy znajdzie się w polu elektrycznym, będzie
się poruszał i wytwarzał prąd elektryczny. W temperaturze normalnej wszystkie domieszki są,
praktycznie biorÄ…c, zjonizowane.
Rys. 23.1. Półprzewodnik typu n
(domieszka do atomów czterowartościowych atomu pięciowartościowego)
Tego typu atom domieszki o dodatkowej piątej wartościowości nazywany jest
donorem. Dla germanu i krzemu donorami sÄ… atomy np. fosforu (P), arsenu (As) lub antymonu
(Sb), a tylko dla germanu bizmut (Bi). Koncentracja rzędu l donora w 100 milionach atomów
czystego półprzewodnika zwiększa wielokrotnie jego konduktancję w normalnej temperaturze.
Półprzewodnik typu germanu lub krzemu z domieszką atomu pięciowartościowego, w
którym jest nadmiar elektronów, a więc są elektrony swobodne, nazywany jest
półprzewodnikiem typu n. W takich półprzewodnikach konduktancja jest uzależniona od
nośników ujemnych (n = negative).
Jeżeli do czystego kryształu półprzewodnika czterowartościowego germanu lub krzemu
wprowadzić atom pierwiastka trójwartościowego, który ma tylko trzy elektrony walencyjne
(zewnętrzne), to w siatce krystalicznej germanu  zabraknie" dla boru jednego elektronu do
wytworzenia 4 wiązań międzyatomowych (rys. 23.2).
Rys. 23.2. Półprzewodnik typu p
(domieszka do atomów czterowartościowych atomu trójwartościowego)
Powstałe w ten sposób niekompletne wiązania w strukturze kryształu powoduje powstanie
dziury, zachowujÄ…cej siÄ™ jak Å‚adunek dodatni.
Półprzewodniki typu germanu lub krzemu z domieszką atomów trójwartościowych
nazywa się półprzewodnikami typu p. W takich półprzewodnikach konduktancja jest
uzależniona od nośników dodatnich (p = positive). Atom tego typu domieszki nazywa się
akceptorem. Dla krzemu i germanu sÄ… to atomy boru (B), glinu (Al), galu (Ga), indu (In) oraz
tylko dla germanu - talu (Tl).
Podobnie jak w półprzewodniku typu n, i w półprzewodniku typu p w temperaturze normalnej
domieszki wymienionych pierwiastków są zjonizowane.
Jeżeli taki półprzewodnik znajdzie się w polu elektrycznym, wówczas dziury będą
przemieszczały się w krysztale tak swobodnie jak elektrony.
W przypadku gdy półprzewodnik zawiera domieszkę zarówno donorów, jak i akceptorów,
swobodne elektrony wytwarzane przez donory zapełniają dziury wytworzone dzięki
akceptorom. Półprzewodnik przewodzi wówczas w takim stopniu jak półprzewodnik bez
domieszek, wyłącznie dzięki zjawisku przewodnictwa samoistnego. Oczywiście, liczba
akceptorów i donorów musi w tym przypadku być równa. Materiał taki nosi nazwę
półprzewodnika skompensowanego.
W praktyce produkcyjnej uzyskanie takiej proporcji domieszek jest trudne, ponieważ nawet
niewielka nadwyżka jednej z nich zwiększa konduktancję materiału i decyduje o typie
półprzewodnika n lub p. Nośniki ładunku elektrycznego (ujemne elektrony, dodatnie -
dziury) występujące w półprzewodniku w większej ilości nazywane są nośnikami
większościowymi, natomiast mniej liczne - nośnikami mniejszościowymi.
Odpowiednio stosuje się pojęcie kondukywności większościowej i konduktywności
mniejszościowej.
Temat 24 : ZÅ‚Ä…cze p-n.
Złącze p-n jest to warstwa przejściowa istniejąca w obszarze stykania się
półprzewodników typu p i typu n. W obszarze tym dziury z półprzewodnika typu p będą
przenikały do półprzewodnika typu n, w którym koncentracja dziur jest mniejsza, na skutek
zjawiska dyfuzji. Podobnie elektrony z półprzewodnika typu n będą przechodziły do
półprzewodnika typu p, gdzie jest mniejsza koncentracja elektronów.
Jeżeli proces przenikania wzajemnego odbywałby się bez zakłóceń, wówczas nastąpiłoby
wyrównanie liczby elektronów i dziur w obszarach p i n. Tak jednak się nie dzieje, gdyż
zjonizowane atomy domieszek w obszarach p i n sÄ… zwiÄ…zane z siatkÄ… krystalicznÄ… i, na skutek
 odejścia" od nich elektronów i dziur, po obu stronach złącza powstaną warstwy ładunku
przestrzennego niezneutralizowanego (rys. 24.1).
Jony ujemne nieruchome półprzewodnika typu p, znajdujące się w bliskości złącza, będą
oddziaływały przyciągające na dziury, które przeszły do półprzewodnika typu n. Podobnie
jony dodatnie domieszek półprzewodnika typu n z obszaru
złącza będą przyciągały elektrony swobodne, które przeszły
do obszaru p.
Rys.24.1. Zjawisko zachodzące z złączu p-n: a) półprzewodniki typu n i p
nie stykające się; b) półprzewodniki typu n i p o wspólnej powierzchni
styku; c) rozkład ładunku przestrzennego; d) napięcie bariery potencjału.
Powstałe pole elektryczne pomiędzy jonami dodatnimi
półprzewodnika typu n a jonami ujemnymi półprzewodnika
typu p przeciwdziała dalszemu przechodzeniu nośników
ruchomych do sąsiednich obszarów. Pomiędzy naelektryzowanym dodatnio obszarem
w półprzewodniku typu n a ujemnie naelektryzowanym obszarem w półprzewodniku
typu p powstanie więc różnica potencjałów. Przechodzenie nośników trwa tak długo,
dopóki różnica potencjałów nie stanie się wystarczająca, aby przeciwdziałać dalszemu
przechodzeniu elektronów i dziur przez złącze. Przy takiej różnicy potencjałów tworzy
się tzw. bariera potencjału.
Stan powstający w warstwie przejściowej złącza p-n odpowiada istnieniu dużej
rezystywności materiału, uniemożliwiającej przepływ prądu w półprzewodniku. Warstwę
tÄ™ nazywa siÄ™ dlatego warstwÄ… zaporowÄ….
Temat 25 : Polaryzacja złącza p  n.
Bieguny z
ródła napięcia mogą być przyłączone do półprzewodników w sposób dwojaki, a
więc:
1) do półprzewodnika typu p biegun dodatni, a do półprzewodnika typu n biegun ujemny
z
ródła,
2) do półprzewodnika typu p biegun ujemny, a do półprzewodnika typu n biegun dodatni
z
ródła.
Często mówi się, że złącze p-n zostało spolaryzowane napięciem zewnętrznym bądz
w
kierunku przewodzenia (kierunku przepustowym), bÄ…dz
też w kierunku zaporowym. Na rys.
25.1a pokazano złącze w stanie równowagi, gdy nie dołączono do niego zewnętrznego z
ródła.
Jeśli złącze p-n zostanie dołączone do z
ródła prądu tak, że półprzewodnik typu n zostanie
przyłączony do ujemnego bieguna (rys. 25.1b), to elektrony w półprzewodniku typu n będą
odpychane w kierunku złącza typu p-n przez dodatkową różnicę potencjałów. Podobnie dzieje
się z dziurami w półprzewodniku typu p. Obydwa rodzaje nośników, koncentrując się w
obszarze warstwy granicznej, zmniejszajÄ… jej obszar o Å‚adunek warstwy zaporowej oraz
obniżają barierę potencjału. Maleje rezystancja złącza p-n i dzięki temu jest umożliwiony
przepływ prądu. W tym przypadku złącze pracuje w kierunku przepustowym.
Rys.25.1. Wpływ napięcia polaryzacji Up na
wysokość bariery potencjału UB i szerokość warstwy
zaporowej: a) złącze p-n w warunkach równowagi; b)
złącze p-n spolaryzowane w kierunku przepustowym;
c) złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym
Obniżenie bariery potencjału powoduje
wzrost liczby elektronów przechodzących z półprzewodnika typu n do półprzewodnika typu p.
Podobnie wzrasta również i liczba dziur przechodzących z półprzewodnika typu p do
półprzewodnika typu n. Wprowadzone nośniki mniejszościowe, np. elektrony w
półprzewodniku typu p, dyfundują w kierunku od złącza do obszarów o mniejszej koncentracji,
gdzie zanikają w wyniku rekombinacji z nośnikami większościowymi. Przepływ prądu w
opisanym układzie jest więc wynikiem rekombinacji. Prąd całkowity uzyskuje się w wyniku
rekombinacji nośników większościowych dostarczonych ze z
ródła zewnętrznego z nośnikami
mniejszościowymi pochodzącymi z dyfuzji. Jeżeli, do złącza p-n przyłączyć bieguny z
ródła
napięcia odwrotnie (rys. 25.1c), wówczas elektrony i dziury będą oddalały się od złącza, po-
wodując rozszerzenie się warstwy granicznej. Ubożeje ona w nośniku prądu" tak bardzo, że
rezystancja złącza p-n osiąga bardzo dużą wartość. Praktycznie tworzy ona izolację między obu
typami półprzewodników, uniemożliwiającą przepływ prądu w obwodzie zewnętrznym. W tym
przypadku warstwa graniczna nazywa się warstwą zaporową, a kierunek, w którym prąd nie
może płynąć - kierunkiem zaporowym.
Temat 26 : Przebicie złącza.
Przebicie oznacza zniszczenie lub trwale uszkodzenie złącza pod wpływem gwałtownego
wzrostu prądu, przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym.
Napięcie, przy którym zachodzi przebicie złącza, nazywamy napięciem przebicia. Przebicie to
może nastąpić w wyniku zjawiska Zenera lub powielania lawinowego.
Zjawisko Zenera występuje w złączach o wąskiej warstwie zaporowej lub silnie
domieszkowanych. W modelu pasmowym złącza spolaryzowanego zaporowo, dno pasma
podstawowego półprzewodnika typu p znajduje się powyżej poziomu energetycznego pasma
przewodnictwa półprzewodnika typu n. Jeżeli elektron zostanie uwolniony z wiązania
kowalencyjnego w półprzewodniku typu p, to może on przejść poprzez barierę energetyczną do
półprzewodnika typu n, nie mając energii większej od energii tej bariery. Takie przejście
elektronu nazywamy tunelowym. W wyniku tego zjawiska gwałtownie zwiększa się prąd
wsteczny złącza. Zjawisko Zenera w złączach krzemowych występuje przy napięciach
mniejszych niż 5 V.
Rys.26.1. Charakterystyka prądowo  napięciowa I = f(U) złącza p-n
1  charakterystyka przepustowa, 2  charakterystyka zaporowa,
3  kontrolowany efekt Zenera.
Jeżeli złącze spolaryzujemy napięciem większym niż 7 V, to wówczas mamy do czynienia
ze zjawiskiem powielania lawinowego (lawinowa jonizacja zderzeniowa). Przy dużym
napięciu zewnętrznym silne pole elektryczne nadaje swobodnym elektronom bardzo duże
prędkości. Energia kinetyczna uzyskana przez te elektrony może wystarczyć do wybicia
innych elektronów z atomów znajdujących się w złączu. Te wybite elektrony nabywając dużej
energii w polu elektrycznym wybijają następne elektrony itd. Z doświadczeń wynika, że w
półprzewodnikach jonizacja zderzeniowa zachodzi przy natężeniu pola rzędu 106 V/m.
Warunkiem koniecznym do uzyskania jonizacji zderzeniowej jest istnienie również
odpowiednio długiej drogi swobodnej dla elektronów, tak by mogły one nabrać odpowiedniej
energii kinetycznej.
Zjawisko Zenera występuje więc wyraz
nie w cienkich złączach p-n, a zjawisko jonizacji
zderzeniowej w złączach p-n o grubszej warstwie zaporowej.
Temat 27 : ZÅ‚Ä…cze m-s.
Złącze m-s (ang. metal-semiconductor) jest to powierzchnia graniczna styku ciał o bardzo
różnej przewodności (rys. 27.1). Właściwości złącza m-s zależą od pracy wyjścia elektronów z
metalu i półprzewodnika oraz od typu przewodnictwa półprzewodnika.
Rys.27.1. Złącza m-s: a) kontakt omowy; b) złącze prostujące, tzw. dioda Schottky'ego
Tablica 27.1. Bariera potencjału w różnych konfiguracjach, rodzaj złącza m-s
Półprzewodnik typu n Półprzewodnik typu p
Śm<Śs złącze liniowe omowe Śm<Śs  złącze nieliniowe prostujące
Śm>Śs  złącze nieliniowe prostujące Śm>Śs  złącze liniowe omowe
Kontakt omowy (końcówka elementu) powstaje przez wytworzenie złącza m-p+-p lub m-n+-n
(kontakt metalu z silnie domieszkowanym półprzewodnikiem). Charakterystyka złącza I(U) jest
liniowa i symetryczna.
ZÅ‚Ä…cze prostujÄ…ce m-s, zwane diodÄ… Schottky'ego, ma niesymetrycznÄ… i nieliniowÄ…
charakterystykę I (U); jest to dioda m-n, najczęściej krzemowa.
Struktura MIS (ang. Metal-Insulator-Semiconductor) jest zasadniczym elementem
unipolarnych tranzystorów i układów scalonych. W praktyce używa się skrótu MOS (ang.
Metal-Oxide-Semiconductor) od najczęściej stosowanego izolatora  dwutlenku krzemu SiO2
(rys. 27.2).
Rys.27.2. Struktura MIS (ogólnie; MOS, gdy
izolatorem jest SiO2): a) bramka nie
spolaryzowana; B  podłoże (ang. Bulk), I 
izolator, M  okładzina metalowa, G 
elektroda zwana bramkÄ… (ang. Gate); b)
bramka spolaryzowana ujemnie  struktura z
dodatkowymi elektrodami: D  dren (ang.
Drain), S - z
ródło (ang. Source); l  warstwa
akumulacyjna, czyli kanał
przypowierzchniowy p; 2  obszar
neutralny, /Ds nie może ptynąć; c) polaryzacja
dodatnia bramki  powstawanie
przypowierzchniowej warstwy zubożonej 1;
d) silna polaryzacja dodatnia (wytwarza kanał
n), możliwy przepływ 1DS, 2  obszar
zubożony, 3  obszar neutralny
Występują w niej zjawiska przypowierzchniowe w półprzewodniku, w wyniku działania pola
elektrycznego wytworzonego na skutek doprowadzenia do elektrody G napięcia elektrycznego.
W zależności od wartości i zwrotu UGB (G  bramka, ang. Gate; B  podłoże, ang. Bulk)
wystÄ…piÄ… cztery przypadki:
UGB = 0; UGB < 0; O < UGB < U(TO); UGB > U(TO}
przy czym U(TO)  napięcie progowe.
W półprzewodniku typu p nośnikami większościowymi ruchliwymi są dziury. Oprócz nich
występują nośniki mniejszościowe  elektrony, o koncentracji mniejszej o kilka rzędów.
Jeżeli UGB = O lub UGB < O, to przy powierzchni półprzewodnika powstaje warstwa
akumulacyjna dziur, czyli tzw. kanal przypowierzchniowy pomiędzy obszarami n+; złącza n+p,
prawe i lewe są przeciwnie skierowane, wobec czego niemożliwy jest przepływ prądu w kanale
równolegle do powierzchni. Jeżeli O < UGB < U(TO), to dziury są odpychane w głąb podłoża i
przy powierzchni powstaje warstwa zubożona. Jeżeli UGB>U(TO), to po przekroczeniu
charakterystycznego napięcia progowego U(TO) powstaje powierzchniowa warstwa ładunków
ujemnych, zwana kanałem n (warstwa inwersyjna). Doprowadzenie napięcia do elektrod D i S
spowoduje przepływ prądu podłużnego przypowierzchniowego IDS = f(UDS, UG).
Temat 28 : Zjawisko tunelowe.
Zjawisko tunelowe występuje w złączach p-n o małej grubości, bardzo silnie
domieszkowanych (o bardzo dużej koncentracji domieszek po obu jego stronach), przy
polaryzacji złącza w kierunku przewodzenia.
W wyniku zjawiska tunelowego, już przy bardzo małych poziomach energii, zaczyna się
wędrówka nośników ładunku poprzez cienką warstwę zaporową. Jeżeli do takiego złącza
doprowadzimy napięcie w kierunku przewodzenia, to można zauważyć najpierw
pojawienie się wzrastającego prądu i to dużo szybsze niż w zwykłym złączu p-n
(rys.28.1). Jest to zjawisko tunelowe.
Rys.28.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa złącza p-n ze zjawiskiem tunelowym
1  charakterystyka prądowo-napięciowa złącza p-n; 2  prąd tunelowy;
3  odcinek charakterystyki o ujemnej rezystancji.
Odcinek charakterystyki I(U) przy zjawisku tunelowym w zakresie którego występuje
rezystancja ujemna, jest oznaczony zwykle przez podanie współrzędnych dwóch
punktów tej charakterystyki:
 punktu szczytu o współrzędnych Ip, Up
 punktu doliny o współrzędnych Iv, Uv.
Temat 29 : Pojemność złącza półprzewodnikowego.
Rozpatrując działanie złącza p-n i procesy transportu nośników wprowadzonych przez złącze z
obszaru p do n i z n do p, nie można zapomnieć o procesach związanych z szybkością ustalenia
się gęstości równowagowej nośników przy gwałtownych zmianach koncentracji nośników
wprowadzanych na brzegach obszaru ładunku przestrzennego. Jeżeli na brzegu obszaru n
zmieni się skokowo koncentracja dziur od wartości p1 do p2, to zanim ustali się rozkład
trójkątny dla p2 nośniki mniejszościowe muszą napłynąć do obszaru n i przepłynąć przez ten
obszar ruchem dyfuzyjnym, z czym wiąże się opóz
nienie. Podobne opóz
nienie wystÄ…pi przy
zmianie gęstości nośników w obszarze n, na granicy obszaru ładunku przestrzennego z
powrotem od p2 do p1. To opóz
nienie w ustalaniu się warunków pracy statycznej reprezentuje
pojemność, zwana pojemnością dyfuzyjną. Występowanie pojemności dyfuzyjnej wynika z
konieczności uwzględnienia skończonego czasu ustalania się rozkładu ładunku wewnątrz
obszaru przelotowego złącza. Szybkość ustalania się rozkładu zależy od szerokości tego
obszaru. Im większy, tym większy jest prąd płynący przez obszar przelotowy.
Rys.29.1. Zmiany ładunku w złączu p-n: a) ładunek w bazie złącza; b) ładunek w barierze;
c) schemat zastępczy małosygnałowy. (Cj  pojemność złączowa; Cd  pojemność dyfuzyjna).
Zmianom napięcia na diodzie towarzyszą także zmiany ładunku przestrzennego na granicy
złącza. Zmiany ładunku objawiają się w postaci zmieniającej się szerokości obszaru ładunku
przestrzennego po obu stronach granicy złącza p-n. Wzrostowi napięcia w kierunku
przewodzenia towarzyszy zmniejszenie szerokości, tych obszarów, zmniejszeniu napięcia 
zwiększenie szerokości, co przedstawiono w postaci zakreskowanych obszarów na rys. 29.1b.
Przyrosty ładunku spowodowane przyrostami napięcia są reprezentowane przez pojemność
złączową (przyrostową). Jednoczesne istnienie w obszarze ładunku przestrzennego
rozdzielonych ładunków i spadku napięcia powoduje, że można także mówić o tzw.
pojemności złączowej statycznej, która jest równa stosunkowi ładunku do spadku napięcia. Na
rys. 3.21 pokazano, że przy wzroście napięcia, w kierunku zaporowym od U1 do U1+"U,
ładunek wzrósł od wartości Q1 do wartości Q1 + "Q1. Przyrost ten nastąpił na skutek
rozszerzenia się obszarów ładunku przestrzennego po obu stronach złącza (p i n). Ponieważ
szerokość tych obszarów jest proporcjonalna do pierwiastka z napięcia na obszarze ładunku
przestrzennego, to przyrost ładunku jak też i ładunek także jest proporcjonalny do pierwiastka z
tego napięcia. Oznacza to, że pojemność złączowa statyczna będąca stosunkiem ładunku do
spadku napięcia będzie odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka z napięcia, podobnie jak
pojemność przyrostowa (dynamiczna).