半導體陶瓷

上世紀五十年代以來，科學家發現本來是絕緣體的金屬氧化物陶瓷，如鈦酸鋇、二氧化鈦、二氧化錫和氧化鋅等，只要摻入微量的其他金屬氧化物，它們就會變得有導電能力，它們的電阻介於絕緣體和金屬之間，人們稱它們為半導體陶瓷。各種半導體陶瓷的電阻會分別隨環境的溫度、濕度、氣氛、光線強弱和施加電壓等的變化而改變幾十到幾百萬倍(它們分別被叫做熱敏、濕敏、氣敏、光敏、和電壓敏陶瓷)，利用這些陶瓷可以製造各種各樣的電子器件為人類服務。

半導體陶瓷生產工藝的共同特點是必須經過半導化過程。半導化過程可通過摻雜不等價離子取代部分主晶相離子(例如，BaTiO3中的Ba2+ 被La3+ 取代)，使晶格產生缺陷，形成施主或受主能級，以得到n型或p型的半導體陶瓷。另一種方法是控制燒成氣氛、燒結溫度和冷卻過程。例如氧化氣氛可以造成氧過剩，還原氣氛可以造成氧不足，這樣可使化合物的組成偏離化學計量而達到半導化。半導體陶瓷敏感材料的生產工藝簡單，成本低廉，體積小，用途廣泛。

分類

指伏安特性為非線性的陶瓷。如碳化硅、氧化鋅系陶瓷。它們的電阻率相對於電壓是可變的，在某一臨界電壓下電阻值很高，超過這一臨界電壓則電阻急劇降低。典型產品是氧化鋅壓敏陶瓷，主要用於浪涌吸收、高壓穩壓、電壓電流限制和過電壓保護等方面。

又稱熱敏電阻陶瓷，指電導率隨溫度呈明顯變化的陶瓷。有三種類型:①負溫係數熱敏電阻(簡稱NTC)，如一些過渡金屬如錳、鐵、鈷、鎳等的氧化物半導體陶瓷，特點是隨著溫度升高，電阻呈指數減小。②正溫係數熱敏電阻（簡稱PTC）,如摻雜的鈦酸鋇半導體陶瓷，特點是隨著溫度升高電阻增大，並在居里點有劇變。③劇變型熱敏電阻（簡稱CTR）,如氧化釩及其摻雜半導體陶瓷，具有負溫係數，並在某一溫度，電阻產生急劇變化，變化值可達3～4個數量級。熱敏陶瓷主要用於溫度補償、溫度測量、溫度控制、火災探測、過熱保護和彩色電視機消磁等方面。

指具有光電導或光生伏特效應的陶瓷。如硫化鎘、碲化鎘、砷化鎵、磷化銦、鍺酸鉍（見彩圖）等陶瓷或單晶。當光照射到它的表面時電導增加。主要用作自動控制的光開關和太陽能電池等。氣敏陶瓷指電導率隨著所接觸氣體分子的種類不同而變化的陶瓷。如氧化鋅、氧化錫、氧化鐵、五氧化二釩、氧化鋯、氧化鎳和氧化鈷等系統的陶瓷。主要用於對不同氣體進行檢漏、防災報警及測量等方面。

指電導率隨濕度呈明顯變化的陶瓷。如四氧化三鐵、氧化鈦、氧化鉀-氧化鐵、鉻酸鎂-氧化鈦及氧化鋅-氧化鋰-氧化釩等系統的陶瓷。它們的電導率對水特別敏感，適宜用作濕度的測量和控制。

近來，控制系統已經愈益系統化，需要能夠檢測兩種或幾種物理和化學參數，並給出互不干擾電信號的多功能敏感元件。適應這種需要的濕度－氣體敏感陶瓷和溫度-濕度敏感陶瓷等多功能敏感陶瓷正在研製中。