Въведение в полупроводниковата керамика

Полупроводниковата керамика е керамичен материал, който показва полупроводникови свойства, като електрическата проводимост обикновено варира от 10-6 до 10-5 S/m. Тъй като тяхната проводимост се променя значително в отговор на външни условия - като температура, светлина, електрически полета и атмосферен състав - тези керамики могат да преобразуват промените във физическите величини на околната среда в електрически сигнали, което ги прави подходящи за производство на различни видове сензорни елементи.

 

Обща характеристика на процеса на производство на полупроводникова керамика е необходимостта от етап на "полупроводникова трансформация". Тази трансформация може да се постигне чрез допиране с йони с различна валентност, за да се заменят някои от йоните в кристалната фаза на гостоприемника (например BaTiO3InBa2+quiltLa3+); това създава дефекти на решетката и формира донорни или акцепторни енергийни нива, което води до n-тип или p-тип полупроводникова керамика. Друг метод включва контролиране на атмосферата на изпичане, температурата на синтероване и процеса на охлаждане. Например, окислителната атмосфера може да предизвика излишък на кислород, докато редуциращата атмосфера може да причини недостиг на кислород; такива условия карат състава на съединението да се отклонява от стехиометрията, като по този начин предизвиква полупроводниково поведение. Полупроводниковите керамични сензорни материали предлагат лесни производствени процеси, ниски разходи, компактни размери и широка гама от приложения. Варисторната керамика е керамика, характеризираща се с не-линейни зависимости на напрежението-ток-примерите включват керамика на базата на силициев карбид и-цинков оксид. Тяхното съпротивление варира в зависимост от приложеното напрежение: съпротивлението е много високо под определено критично напрежение, но спада рязко, след като този праг бъде превишен. Варисторната керамика с цинков оксид е типичен продукт в тази категория, използван предимно за поглъщане на пренапрежения, стабилизиране на високо-напрежение, ограничаване на напрежението и тока и защита от пренапрежение.