Εισαγωγή στα Ημιαγώγιμα Κεραμικά

Τα κεραμικά ημιαγωγών είναι κεραμικά υλικά που παρουσιάζουν ημιαγώγιμες ιδιότητες, με ηλεκτρική αγωγιμότητα που κυμαίνεται συνήθως από 10-6 έως 10-5 S/m. Επειδή η αγωγιμότητά τους αλλάζει σημαντικά ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες -όπως η θερμοκρασία, το φως, τα ηλεκτρικά πεδία και η ατμοσφαιρική σύνθεση- αυτά τα κεραμικά μπορούν να μετατρέψουν τις αλλαγές των περιβαλλοντικών φυσικών μεγεθών σε ηλεκτρικά σήματα, καθιστώντας τα κατάλληλα για την κατασκευή διαφόρων τύπων αισθητήριων στοιχείων.

 

Ένα κοινό χαρακτηριστικό της διαδικασίας κατασκευής κεραμικών ημιαγωγών είναι η αναγκαιότητα ενός σταδίου «μετασχηματισμού ημιαγωγών». Αυτός ο μετασχηματισμός μπορεί να επιτευχθεί με ντόπινγκ με ιόντα διαφορετικού σθένους για να αντικατασταθούν ορισμένα από τα ιόντα στην κρυσταλλική φάση του ξενιστή (για παράδειγμα, BaTiO3InBa2+quiltLa3+). Αυτό δημιουργεί ελαττώματα πλέγματος και σχηματίζει επίπεδα ενέργειας δότη ή δέκτη, με αποτέλεσμα κεραμικά ημιαγωγών τύπου n- ή p-τύπου. Μια άλλη μέθοδος περιλαμβάνει τον έλεγχο της ατμόσφαιρας πυροδότησης, της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης και της διαδικασίας ψύξης. Για παράδειγμα, μια οξειδωτική ατμόσφαιρα μπορεί να προκαλέσει περίσσεια οξυγόνου, ενώ μια αναγωγική ατμόσφαιρα μπορεί να προκαλέσει ανεπάρκεια οξυγόνου. τέτοιες συνθήκες προκαλούν τη σύνθεση της ένωσης να αποκλίνει από τη στοιχειομετρία, προκαλώντας έτσι ημιαγώγιμη συμπεριφορά. Τα κεραμικά αισθητήρια υλικά ημιαγωγών προσφέρουν απλές διαδικασίες κατασκευής, χαμηλό κόστος, συμπαγές μέγεθος και ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Τα κεραμικά Varistor είναι κεραμικά που χαρακτηρίζονται από μη{10}}γραμμική τάση-σχέσεις ρεύματος-τα παραδείγματα περιλαμβάνουν κεραμικά με βάση το καρβίδιο του πυριτίου και το οξείδιο του ψευδαργύρου-. Η ειδική αντίστασή τους ποικίλλει ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση: η αντίσταση είναι πολύ υψηλή κάτω από μια ορισμένη κρίσιμη τάση, αλλά πέφτει απότομα μόλις ξεπεραστεί αυτό το όριο. Τα κεραμικά βαρίστορ οξειδίου ψευδαργύρου είναι ένα τυπικό προϊόν αυτής της κατηγορίας, που χρησιμοποιείται κυρίως για απορρόφηση υπερτάσεων, σταθεροποίηση υψηλής{16}τάσης, περιορισμό τάσης και ρεύματος και προστασία από υπέρταση.