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半导体陶瓷 材料0802 G10-547,,,,,,,半导体陶瓷,半导,论,陶,体,瓷,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图 片 欣 赏,,,,,,,,半导体陶瓷相关产品,光敏电阻,高压电嘴,管壳,配件,锗酸铋,热敏电阻,零件,底座,电容,引言：半导体的相关介绍物质可根据其导电性大小分为导体、半导体和绝缘体，在室温时如果按材料的电阻率大小一般为小划分： 导体 ρ 109 Ω·cm 绝缘体又称电介质大多数陶瓷是绝缘体，少数是导体，也有一部分是半导体一、半导体陶瓷概念二、半导体陶瓷半导化三、半导体陶瓷元件及应用四、结束语,,,一、半导体陶瓷概念,半导体陶瓷就是指导电性介于导电和绝缘介质之间的陶瓷材料，具有半导体特性、电导率约在10-6～105S/m的陶瓷半导体陶瓷的电导率因外界条件（温度、光照、电场、气氛和温度等）的变化而发生显著的变化，因此可以将外界环境的物理量变化转变为电信号，制成各种用途的敏感元件，又由于半导体陶瓷有独特的电学性能，同时还具有优良的机械性能、热性能和良好的化学稳定性、因而已成为当代科学技术中不可缺少的重要材料 如用于电动机、收录机、计算机、复印机、变压器、烘干机、暖风机、电烙铁、彩电消磁、燃料的发热体、阻风门、化油器、功率计、线路温度补偿等。

陶瓷材料的结合键为离子键和共价键，它的导电载流子随电场强度的温度的变化而改变在低温弱电场作用下，主要是弱联系填隙离子参加导电；随电场强度增加，联系强的基本离子也可能参加导电，高温时呈现电子导电按其载流子性质不同，陶瓷材料的电导又分为电子电导和离子电导 陶瓷材料，温度升高，一方面使离子的扩散系数增大另一方面有更多电子被激发到导带上，虽然晶格热振动的加剧能导致电子迁移率的降低，但由于前面两个因素在半导体陶瓷中占支配地位，所以总的趋势是电导率随温度升高而增大,某些陶瓷与金属的电导率（κ）随温度的变化见图,二、半导体陶瓷半导化,半导体陶瓷生产工艺的共同特点是必须经过半导化过程 半导化过程可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子(例如，BaTiO3中的Ba2+被La3+取代)，使晶格产生缺陷，形成施主或受主能级，以得到n型或p型的半导体陶瓷 另一种方法是控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程（例如氧化气氛可以造成氧过剩，还原气氛可以造成氧不足，这样可使化合物的组成偏离化学计量而达到半导化）三、半导体陶瓷元件及应用,半导体陶瓷是敏感元器件及传感器技术的关键材料，是当今世界迅速发展的一项高新技术领域，它与现代信息技术、通讯技术、计算机技术密切相关，它的研究开发乃至生产，涉及到物理、化学、材料科学与工程等多种学科，因此，半导体陶瓷属技术密集和知识密集型产业。

日本产品在世界市场上占绝对优势地位美国，欧洲也占有相当数量相比之下我国半导体陶瓷起步较晚，产品性能、生产水平和国际先进水平相比还有明显差距改革开放以来，随着电子工业的高速发展，对半导体陶瓷的要求愈来愈高，发展半导体陶瓷正面临着许多急待解决的重要问题 半导体陶瓷品种主要有：热敏、气敏、湿敏、压敏及光敏电阻器等1、热敏电阻器,PTC热敏电阻器以BaTiO3固溶体为主晶相的半导体陶瓷元件在一定的温度范围内，其阻值随温度的增加而增加，表现出所谓的PTC效应按材料居里点可分为低温、高温，按阻值可分为低阻、高阻，按使用电压可分为低压、常压和高压，按曲线陡度可分为缓变型和开关型PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻到7O年代中期得到了很大的发展，各种不同用途的PTC热敏电阻元件相继出现PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，或者汽车某部位的温度检测与调节，也可以大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度到目前为止，无论是工业电子设备，还是家用电器产品，几乎到处都可以看到PTC热敏电阻元件据世界上最大的电子陶瓷生产公司之一的日本村田制作所报导，PTC产品的品种规格已达169种。

近年来，随着通信技术的迅猛发展，对于程控交换机用PTC过电流保护元件、移动石英晶体振荡器用PTC恒温器等需求剧增为了降低汽车尾气排放和提高冷启动速度，需要大量汽车冷启动用PTC加热片另外，PTC热敏陶瓷在彩电消瓷器，空诃器，暖风机，节能灯软启动等家用电器方面得到了’普遍应用值得注意的是，P1 在航空航天、雷达、电子通信、仪器仪表等领域占有非常重要的地位PTC的表面贴装元件已在逐步开发和生产 NTC热敏电阻有三种不同类型的阻温特性一种是缓变型的热敏电阻另一种是负温度突变型，又称临界温度系数热敏电阻(CTR)，在特定温度内，其阻值急剧下降再一种是阻温特性为直线的陶瓷热敏元件常温(300 C)NTC热敏陶瓷材料，大多数是尖晶石型氧化物半导体陶瓷，其中包括二元系材料及多元系材料2、气敏半导体陶瓷,常见的气敏半导体陶瓷材料无论是n型，还是P型半导瓷，其气敏特性都是由于表面物理吸附，化学吸附或物理化学吸附引起表面能态发生改变，从而导致材料电导率的变化气敏陶瓷可分为电导式和式两类 SnO2气敏传感器至今仍是应用最广和性能最优的一种，对许多可燃气体，如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、城市煤气和天然气等都有相当高的灵敏度，并且有较高的重复性和使用寿命。

选择纳米级的材料可以大幅度提高SnO2气敏陶瓷传感器的气敏性能后的目标是研究低温或常温下工作的气敏传感器，此外SnO2气敏传感器在如何消除环境气氛对湿度的影响方面的问题还没有很好地解决采用集成电路工艺把超微粒薄膜集成在硅衬底上，可制成对还原性气体灵敏度很高的气敏元件，它是一种很有发展前途的新型半导体气敏传感器随着人们对食品卫生的日益重视，气敏传感器用于酒类识别和肉类的鲜度鉴定得到了迅速发展3、湿敏半导体陶瓷,湿敏陶瓷具有当环境温度变化导致其电性质相应变化的一类材料陶瓷湿敏材料大部分是利用微孔吸附水份与晶粒表面作用使电导发生变化制成湿敏传感器，利用电容量变化制成的湿敏陶瓷传感器因湿敏特性曲线的非线性变化、器件不稳定和寿命短等原因，应用范围较窄最近关于湿敏传感器的开发研究的显著特征是对湿敏陶瓷材料进行改性和探索，诸如利用质子传导的固体电解质型温度传感器和利用热敏电阻组成的绝对湿度湿敏传感器等但目前主要还是用电阻式陶瓷湿敏传感器最近对致密型的湿敏材料也有研究，取得了一些进展 主要应用于空调，食品加工，轻纺等烘干系统所用的温度检测和控制元件4、压敏电阻器,压敏电阻器的特点是伏安特性呈非线性，对电压变化敏感的半导体陶瓷。

压敏电阻器的非线性伏安特性是由材料的晶界效应引起的结果，可用分立的双肖特基势垒模型等理论进行解释 目前，应用最广、性能最好的是ZnO压敏半导体陶瓷ZnO压敏陶瓷材料的研究从最初对电子设备小型化和高可靠性的要求而展开，发展到今天已远远超出了这个范围目前，低压至集成电路，高压至数百千伏超高压输电系统的瞬态过电压保护，高能至数十万千瓦大型发电机灭磁保护，高频至数十亿赫兹的发射天线都是陶瓷压敏电阻的应用领域利用上述优越的压敏特性所制作的电阻器有浪涌吸收，高压稳压，超导移能，无间隙避雷器等，已获得广泛应用半导体陶瓷在光的照射下，往往会引发其一些电性质的变化，由于陶瓷电特性的不同及光子能量的差异，可能产生光电导效应，也可能产生伏特效应利用这些效应，可以制造光敏电阻和光电池5、透明半导体陶瓷,透明半导体陶瓷以日本东工大应用陶瓷研究所细野秀雄教授为首承担的“透明电子活性”项目最近成功地将作为陶瓷材料而使用广泛的由氧化铝和氧化钙构成的物质(12CaO·7Al2O3 )变成了具有半永久导电性的半导体由于新发现的半导体陶瓷是透明的， 故若能提高其导电率，可期待将它用作液晶显示器等的透明电极这次开发是从研究陶瓷的纳米结构开始的，结果发现，身边常见的陶瓷,,有透明半导体这样的新功能。

用的材料12CaO·7Al3O2 的结晶由纳米大小的笼形成， 把氢负离子(通常的氢为正离子)引入笼中用紫外线照射它，它会放出电子由于这个电子的存在使绝缘的陶瓷材料变为具有导电性该陶瓷的电导率可用照射的紫外线强度控制同时，在室温下可半永久地保持半导体的性质， 一旦加热到约400oC又回复到原来的绝缘体再次变为半导体，时由于不产生强的光吸收，故在可视领域亦能保持其透明性四、结束语,我国在高性能半导体陶瓷材料的研究方面已经取得了一些成果，与国际先进水平的差距正在缩小，一大批引进产品已逐步被国产化，许多产品已受到国际上的重视，某些产品已经出口当前我们正处在科学兴国，以技术—经济为核心的重要发展时期，新材料已列为优先发展的重要领域之一，信息通讯事业已引起高度重视毫无疑问，半导体陶瓷及其传感技术有着美好的发展前景谢谢观看,2011年3月31日,。