半导体陶瓷

半导体陶瓷是一种具有半导体特性、电导率约在10⁻⁶～10⁵S/m的陶瓷材料。以下是关于半导体陶瓷的详细介绍：

1. 形成原理：

- 原本一些金属氧化物陶瓷是绝缘体，如钛酸钡、二氧化钛、二氧化锡和氧化锌等，但掺入微量的其他金属氧化物后，就会变得有导电能力，其电阻介于绝缘体和金属之间，从而成为半导体陶瓷。这种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，得到n型或p型的半导体陶瓷；也可以通过控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程来实现，如氧化气氛造成氧过剩、还原气氛造成氧不足，使化合物的组成偏离化学计量而达到半导化。

2. 主要类型及应用：

- 热敏陶瓷：电导率随温度呈明显变化。

- 负温度系数热敏电阻（NTC）：一些过渡金属如锰、铁、钴、镍等的氧化物半导体陶瓷，随着温度升高，电阻呈指数减小。可用于温度测量、温度补偿、温度控制、电池的过热保护等，例如在无线话机、笔记本计算机等设备的电池管理中发挥关键作用。

- 正温度系数热敏电阻（PTC）：如掺杂的钛酸钡半导体陶瓷，随着温度升高电阻增大，并在居里点有剧变。常用于过压、过流、过载、过热等保护，以及需要保持恒定温度的电器，如暖风机、电吹风等。

- 剧变型热敏电阻（CTR）：如氧化钒及其掺杂半导体陶瓷，具有负温系数，并在某一温度电阻产生急剧变化，变化值可达3～4个数量级。可应用于恒温箱温度控制、火灾报警、电路过热保护等场合。

- 光敏陶瓷：具有光电导或光生伏特效应。如硫化镉、碲化镉、砷化镓、磷化铟、锗酸铋等陶瓷。当光照射到其表面时电导增加，主要用作自动控制的光开关和太阳能电池等。

- 气敏陶瓷：电导率随着所接触气体分子的种类不同而变化。如氧化锌、氧化锡、氧化铁、五氧化二钒、氧化锆、氧化镍和氧化钴等系统的陶瓷。可用于对不同气体进行检漏、防灾报警及测量等，例如酒精测试仪中的核心部件就是对乙醇气敏的传感器，建筑天花板上的火灾警报器中也包含气敏传感器。

- 湿敏陶瓷：电导率随湿度呈明显变化。如四氧化三铁、氧化钛、氧化钾 - 氧化铁、铬酸镁 - 氧化钛及氧化锌 - 氧化锂 - 氧化钒等系统的陶瓷。适宜用作湿度的测量和控制，应用场景包括工业生产、空气净化、空调调节、重要物件保存等。

3. 优势及发展前景：

- 优势：半导体陶瓷敏感材料生产工艺简单、成本低廉、体积小，能够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。

- 发展前景：半导体陶瓷作为新材料领域的重要分支，在电子信息、航空航天、新能源等领域应用日益广泛，是推动产业转型升级、实现高质量发展的重要力量。随着半导体行业的迅速发展，产业规模不断增大，半导体陶瓷的需求也在不断增加，未来具有广阔的发展前景。

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