Úvod do polovodičovej keramiky

Polovodičová keramika sú keramické materiály, ktoré vykazujú polovodičové vlastnosti s elektrickou vodivosťou zvyčajne v rozsahu od 10-6 do 10-5 S/m. Pretože ich vodivosť sa výrazne mení v reakcii na vonkajšie podmienky - ako je teplota, svetlo, elektrické polia a zloženie atmosféry - tieto keramiky môžu premieňať zmeny fyzikálnych veličín prostredia na elektrické signály, vďaka čomu sú vhodné na výrobu rôznych typov snímacích prvkov.

 

Spoločnou charakteristikou procesu výroby polovodičovej keramiky je nutnosť kroku „polovodičovej transformácie“. Túto transformáciu možno dosiahnuť dopovaním iónmi s rôznou mocnosťou, aby sa nahradili niektoré ióny vo fáze hostiteľského kryštálu (napríklad BaTiO3InBa2+quiltLa3+); to vytvára mriežkové defekty a vytvára energetické úrovne donorov alebo akceptorov, čo vedie k polovodičovej keramike typu n-alebo p{5}}. Iný spôsob zahŕňa riadenie spaľovacej atmosféry, teploty spekania a chladiaceho procesu. Napríklad oxidačná atmosféra môže vyvolať prebytok kyslíka, zatiaľ čo redukčná atmosféra môže spôsobiť nedostatok kyslíka; takéto podmienky spôsobujú, že sa zloženie zlúčeniny odchyľuje od stechiometrie, čím sa indukuje polovodičové správanie. Polovodičové keramické snímacie materiály ponúkajú jednoduché výrobné procesy, nízke náklady, kompaktné rozmery a širokú škálu aplikácií. Varistorová keramika je keramika charakterizovaná -nelineárnymi napäťovými{11}}prúdovými vzťahmi{12}}. Príklady zahŕňajú keramiku na báze karbidu kremíka a{13}}oxidu zinočnatého. Ich merný odpor sa mení v závislosti od použitého napätia: odpor je veľmi vysoký pod určitým kritickým napätím, ale po prekročení tohto prahu prudko klesá. Varistorová keramika z oxidu zinočnatého je typickým produktom v tejto kategórii, ktorý sa používa predovšetkým na absorpciu prepätia, stabilizáciu vysokého{16}}napäťového napätia, obmedzenie napätia a prúdu a prepäťovú ochranu.