Inleiding tot halfgeleidende keramiek

Halfgeleiderkeramiek zijn keramische materialen die halfgeleidende eigenschappen vertonen, waarbij de elektrische geleidbaarheid doorgaans varieert van 10-6 tot 10-5 S/m. Omdat hun geleidbaarheid aanzienlijk verandert als reactie op externe omstandigheden, zoals temperatuur, licht, elektrische velden en atmosferische samenstelling, kunnen deze keramieken veranderingen in fysieke omgevingsgrootheden omzetten in elektrische signalen, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van verschillende soorten sensorelementen.

 

Een gemeenschappelijk kenmerk van het vervaardigingsproces van halfgeleiderkeramiek is de noodzaak van een stap van "halfgeleidertransformatie". Deze transformatie kan worden bereikt door dotering met ionen met een verschillende valentie ter vervanging van enkele van de ionen in de gastheerkristalfase (bijvoorbeeld BaTiO3InBa2+quiltLa3+); dit veroorzaakt roosterdefecten en vormt donor- of acceptor-energieniveaus, resulterend in n-type of p-type halfgeleiderkeramiek. Een andere methode omvat het regelen van de bakatmosfeer, de sintertemperatuur en het koelproces. Een oxiderende atmosfeer kan bijvoorbeeld een overmaat aan zuurstof veroorzaken, terwijl een reducerende atmosfeer zuurstofgebrek kan veroorzaken; Dergelijke omstandigheden zorgen ervoor dat de samenstelling van de verbinding afwijkt van de stoichiometrie, waardoor halfgeleidend gedrag wordt geïnduceerd. Halfgeleider keramische detectiematerialen bieden eenvoudige productieprocessen, lage kosten, compacte afmetingen en een breed scala aan toepassingen. Varistor-keramiek is keramiek dat wordt gekenmerkt door niet-lineaire spanning-stroomrelaties-voorbeelden zijn keramiek op basis van siliciumcarbide en zinkoxide-. Hun soortelijke weerstand varieert met de aangelegde spanning: de weerstand is zeer hoog onder een bepaalde kritische spanning, maar daalt scherp zodra die drempel wordt overschreden. Varistor-keramiek van zinkoxide is een typisch product in deze categorie en wordt voornamelijk gebruikt voor de absorptie van piekspanningen, hoge-spanningsstabilisatie, spannings- en stroombegrenzing en overspanningsbeveiliging.