Introduksjon til halvledende keramikk

Halvlederkeramikk er keramiske materialer som har halvledende egenskaper, med elektrisk ledningsevne som typisk varierer fra 10-6 til 10-5 S/m. Fordi deres ledningsevne endres betydelig som svar på ytre forhold - som temperatur, lys, elektriske felt og atmosfærisk sammensetning - kan disse keramikkene konvertere endringer i miljømessige fysiske mengder til elektriske signaler, noe som gjør dem egnet for produksjon av ulike typer sensorelementer.

 

Et vanlig kjennetegn ved fremstillingsprosessen for halvlederkeramikk er nødvendigheten av et trinn med "halvledertransformasjon". Denne transformasjonen kan oppnås ved å dope med ioner med forskjellig valens for å erstatte noen av ionene i vertskrystallfasen (for eksempel BaTiO3InBa2+quiltLa3+); dette skaper gitterdefekter og danner donor- eller akseptorenerginivåer, noe som resulterer i halvlederkeramikk av n-type eller p-type. En annen metode innebærer å kontrollere brenneatmosfæren, sintringstemperaturen og kjøleprosessen. For eksempel kan en oksiderende atmosfære indusere oksygenoverskudd, mens en reduserende atmosfære kan forårsake oksygenmangel; slike forhold får forbindelsens sammensetning til å avvike fra støkiometri, og induserer derved halvledende oppførsel. Halvlederkeramiske sensormaterialer tilbyr enkle produksjonsprosesser, lave kostnader, kompakt størrelse og et bredt spekter av bruksområder. Varistorkeramikk er keramikk preget av ikke-lineær spenning-strømforhold-eksempler inkluderer silisiumkarbid og sinkoksid-basert keramikk. Resistiviteten deres varierer med den påførte spenningen: motstanden er veldig høy under en viss kritisk spenning, men synker kraftig når denne terskelen er overskredet. Sinkoksidvaristorkeramikk er et typisk produkt i denne kategorien, som hovedsakelig brukes til overspenningsabsorpsjon, høyspenningsstabilisering, spennings- og strømbegrensning og overspenningsbeskyttelse.