Introduktion til halvledende keramik

Halvlederkeramik er keramiske materialer, der udviser halvledende egenskaber, med elektrisk ledningsevne, der typisk spænder fra 10-6 til 10-5 S/m. Fordi deres ledningsevne ændrer sig væsentligt som reaktion på ydre forhold - såsom temperatur, lys, elektriske felter og atmosfærisk sammensætning - kan disse keramik konvertere ændringer i miljømæssige fysiske mængder til elektriske signaler, hvilket gør dem velegnede til fremstilling af forskellige typer føleelementer.

 

Et fælles kendetegn ved fremstillingsprocessen for halvlederkeramiske materialer er nødvendigheden af ​​et "halvledertransformationstrin". Denne transformation kan opnås ved at dope med ioner af forskellig valens for at erstatte nogle af ionerne i værtskrystalfasen (f.eks. BaTiO3InBa2+quiltLa3+); dette skaber gitterdefekter og danner donor- eller acceptorenerginiveauer, hvilket resulterer i n--type eller p--type halvlederkeramik. En anden metode involverer styring af brændende atmosfære, sintringstemperatur og afkølingsprocessen. For eksempel kan en oxiderende atmosfære inducere oxygenoverskud, mens en reducerende atmosfære kan forårsage oxygenmangel; sådanne forhold får forbindelsens sammensætning til at afvige fra støkiometri, hvorved der induceres halvledende adfærd. Halvlederkeramiske sensormaterialer tilbyder enkle fremstillingsprocesser, lave omkostninger, kompakt størrelse og en bred vifte af applikationer. Varistor-keramik er keramik, der er karakteriseret ved ikke-lineære spændings-strømforhold-eksempler omfatter siliciumcarbid og zinkoxid-baseret keramik. Deres resistivitet varierer med den påførte spænding: modstanden er meget høj under en vis kritisk spænding, men falder kraftigt, når denne tærskel er overskredet. Zinkoxidvaristorkeramik er et typisk produkt i denne kategori, der primært bruges til overspændingsabsorption, højspændingsstabilisering, spændings- og strømbegrænsning og overspændingsbeskyttelse.