Introduktion till halvledande keramik

Halvledarkeramik är keramiska material som uppvisar halvledande egenskaper, med elektrisk ledningsförmåga som vanligtvis sträcker sig från 10-6 till 10-5 S/m. Eftersom deras konduktivitet förändras avsevärt som svar på yttre förhållanden - såsom temperatur, ljus, elektriska fält och atmosfärisk sammansättning - kan dessa keramer omvandla förändringar i omgivningens fysiska kvantiteter till elektriska signaler, vilket gör dem lämpliga för tillverkning av olika typer av avkänningselement.

 

Ett gemensamt kännetecken för tillverkningsprocessen för halvledarkeramer är nödvändigheten av ett steg med "halvledartransformation". Denna omvandling kan uppnås genom dopning med joner med olika valens för att ersätta några av jonerna i värdkristallfasen (till exempel BaTiO3InBa2+quiltLa3+); detta skapar gitterdefekter och bildar donator- eller acceptorenerginivåer, vilket resulterar i halvledarkeramik av n-typ eller p-typ. En annan metod innefattar styrning av brännatmosfären, sintringstemperaturen och kylprocessen. Till exempel kan en oxiderande atmosfär inducera syreöverskott, medan en reducerande atmosfär kan orsaka syrebrist; sådana förhållanden gör att föreningens sammansättning avviker från stökiometri, vilket inducerar ett halvledande beteende. Halvledarkeramiska avkänningsmaterial erbjuder enkla tillverkningsprocesser, låga kostnader, kompakt storlek och ett brett utbud av applikationer. Varistorkeramik är keramik som kännetecknas av icke-linjära spännings-strömförhållanden-exempel inkluderar kiselkarbid och zinkoxid-baserad keramik. Deras resistivitet varierar med den applicerade spänningen: resistansen är mycket hög under en viss kritisk spänning men sjunker kraftigt när den tröskeln överskrids. Zinkoxidvaristorkeramik är en typisk produkt i den här kategorin och används främst för överspänningsabsorption, hög-stabilisering av högspänning, spännings- och strömbegränsning och överspänningsskydd.