Polarisation alternative directe, capacité de diffusion

En polarisation alternative directe la jonction PN est soumise à une tension de polarisation V composée d'une tension constante sens direct (V0>0) et d'une tension alternative de faible amplitude V et de fréquence f. On négligera la résistance ohmique des semi-conducteurs (régime de faible injection). Cette tension alternative va générée une densité de courant total J composée elle aussi d'une partie constante J0 et d'une faible composante alternative J (complexe).

et

Où est la pulsation de modulation.

Pour des fréquences de modulation relativement basses telles que où ou représente la durée de vie des porteurs, l'admittance complexe , s'écrit :

Pour , avec

Où gd est conductance de diffusion, Cd est la capacité de diffusion.

Cette relation montre que l'amplitude de la composante alternative du courant varie exponentiellement avec la partie continue de la tension de polarisation. De plus, il existe un déphasage entre la tension de polarisation et la réponse en courant, traduit par la capacité de diffusion. Cette capacité trouve son origine dans la mobilité élevée des porteurs. En effet, il faut savoir que les porteurs, électrons et trous, ont une masse non nulle, par ailleurs dépendante du cristal (pour GaAs ; masse effective de l'électrons : me=0.06.10-30kg). Sous l'action de la polarisation, de par leur mobilité élevée, ils ont la possibilité d'acquérir une vitesse relativement importante. Ainsi, lorsque cette polarisation est inversée rapidement les porteurs par un phénomène d'inertie ne répondent pas immédiatement à l'action de cette nouvelle polarisation. Par conséquent, le courant total généré par le déplacement de ces porteurs est déphasé par rapport à la tension de polarisation.

Pour des fréquences de modulation élevées telles que , l'admittance complexe devient :

Pour ; avec

Ainsi, la conductance et la capacité de diffusion deviennent tout deux dépendant de la fréquence de modulation et le courant est en retard de 45° sur la tension.