半導體陶瓷

半導體陶瓷

半導體陶瓷,具有半導體特性、電導率約在10-6~105S/m的陶瓷。半導體陶瓷的電導率因外界條件(溫度、光照、電場、氣氛和溫度等)的變化而發生顯著的變化,因此可以將外界環境的物理量變化轉變為電信號,製成各種用途的敏感元件。

基本信息

簡介

上世紀五十年代以來,科學家發現本來是絕緣體的金屬氧化物陶瓷,如鈦酸鋇、二氧化鈦、二氧化錫和氧化鋅等,只要摻入微量的其他金屬氧化物,它們就會變得有導電能力,它們的電阻介於絕緣體和金屬之間,人們稱它們為半導體陶瓷。各種半導體陶瓷的電阻會分別隨環境的溫度、濕度、氣氛、光線強弱和施加電壓等的變化而改變幾十到幾百萬倍(它們分別被叫做熱敏、濕敏、氣敏、光敏、和電壓敏陶瓷),利用這些陶瓷可以製造各種各樣的電子器件為人類服務。

半導體陶瓷半導體陶瓷

半導體陶瓷生產工藝的共同特點是必須經過半導化過程。半導化過程可通過摻雜不等價離子取代部分主晶相離子(例如,BaTiO3中的Ba2+ 被La3+ 取代),使晶格產生缺陷,形成施主或受主能級,以得到n型或p型的半導體陶瓷。另一種方法是控制燒成氣氛、燒結溫度和冷卻過程。例如氧化氣氛可以造成氧過剩,還原氣氛可以造成氧不足,這樣可使化合物的組成偏離化學計量而達到半導化。半導體陶瓷敏感材料的生產工藝簡單,成本低廉,體積小,用途廣泛。

分類

壓敏陶瓷

指伏安特性為非線性的陶瓷。如碳化矽、氧化鋅系陶瓷。它們的電阻率相對於電壓是可變的,在某一臨界電壓下電阻值很高,超過這一臨界電壓則電阻急劇降低。典型產品是氧化鋅壓敏陶瓷,主要用於浪涌吸收、高壓穩壓、電壓電流限制和過電壓保護等方面。

熱敏陶瓷

半導體陶瓷半導體陶瓷
又稱熱敏電阻陶瓷,指電導率隨溫度呈明顯變化的陶瓷。有三種類型:①負溫係數熱敏電阻(簡稱NTC),如一些過渡金屬如錳、等的氧化物半導體陶瓷,特點是隨著溫度升高,電阻呈指數減小。②正溫係數熱敏電阻(簡稱PTC),如摻雜的鈦酸鋇半導體陶瓷,特點是隨著溫度升高電阻增大,並在居里點有劇變。③劇變型熱敏電阻(簡稱CTR),如氧化釩及其摻雜半導體陶瓷,具有負溫係數,並在某一溫度,電阻產生急劇變化,變化值可達3~4個數量級。熱敏陶瓷主要用於溫度補償、溫度測量、溫度控制、火災探測、過熱保護和彩色電視機消磁等方面。

光敏陶瓷

指具有光電導或光生伏特效應的陶瓷。如硫化鎘、碲化鎘、砷化鎵、磷化銦、鍺酸鉍(見彩圖)等陶瓷或單晶。當光照射到它的表面時電導增加。主要用作自動控制的光開關和太陽能電池等。 氣敏陶瓷指電導率隨著所接觸氣體分子的種類不同而變化的陶瓷。如氧化鋅、氧化錫、氧化鐵、五氧化二釩、氧化鋯、氧化鎳和氧化鈷等系統的陶瓷。主要用於對不同氣體進行檢漏、防災報警及測量等方面。

濕敏陶瓷

指電導率隨濕度呈明顯變化的陶瓷。如四氧化三鐵、氧化鈦、氧化鉀-氧化鐵、鉻酸鎂-氧化鈦及氧化鋅-氧化鋰-氧化釩等系統的陶瓷。它們的電導率對水特別敏感,適宜用作濕度的測量和控制。

近來,控制系統已經愈益系統化,需要能夠檢測兩種或幾種物理和化學參數,並給出互不干擾電信號的多功能敏感元件。適應這種需要的濕度-氣體敏感陶瓷和溫度-濕度敏感陶瓷等多功能敏感陶瓷正在研製中。

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