مقدمة إلى السيراميك أشباه الموصلات

السيراميك أشباه الموصلات عبارة عن مواد خزفية تظهر خواص أشباه الموصلات، مع موصلية كهربائية تتراوح عادةً من 10-6 إلى 10-5 سي/م. نظرًا لأن موصليتها تتغير بشكل كبير استجابة للظروف الخارجية - مثل درجة الحرارة والضوء والمجالات الكهربائية وتكوين الغلاف الجوي - يمكن لهذه السيراميك تحويل التغيرات في الكميات الفيزيائية البيئية إلى إشارات كهربائية، مما يجعلها مناسبة لتصنيع أنواع مختلفة من عناصر الاستشعار.

 

السمة المشتركة لعملية تصنيع السيراميك شبه الموصل هي ضرورة خطوة "تحويل أشباه الموصلات". يمكن تحقيق هذا التحول عن طريق التطعيم بأيونات ذات تكافؤ مختلف لتحل محل بعض الأيونات في الطور البلوري المضيف (على سبيل المثال، BaTiO3InBa2+quiltLa3+)؛ يؤدي هذا إلى إنشاء عيوب شبكية وتكوين مستويات طاقة مانحة أو متقبلة، مما يؤدي إلى سيراميك أشباه الموصلات من النوع n- أو p- من النوع. تتضمن الطريقة الأخرى التحكم في جو الإشعال ودرجة حرارة التلبيد وعملية التبريد. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الغلاف الجوي المؤكسد إلى زيادة الأكسجين، في حين أن الغلاف الجوي المختزل يمكن أن يسبب نقص الأكسجين؛ تتسبب مثل هذه الظروف في انحراف تكوين المركب عن قياس العناصر الكيميائية، وبالتالي تحفيز سلوك أشباه الموصلات. توفر مواد الاستشعار الخزفية شبه الموصلة عمليات تصنيع بسيطة وتكاليف منخفضة وحجمًا صغيرًا ومجموعة واسعة من التطبيقات. سيراميك المكثفات عبارة عن سيراميك يتميز بعلاقات تيار غير -فلطية خطية-تيار-وتشمل الأمثلة السيراميك القائم على كربيد السيليكون وأكسيد الزنك-. تختلف مقاومتها باختلاف الجهد المطبق: تكون المقاومة عالية جدًا تحت جهد حرج معين ولكنها تنخفض بشكل حاد بمجرد تجاوز هذه العتبة. يعد سيراميك مكثف أكسيد الزنك منتجًا نموذجيًا في هذه الفئة، ويستخدم بشكل أساسي لامتصاص التيار المفاجئ، وتثبيت الجهد العالي-، وتحديد الجهد والتيار، وحماية الجهد الزائد.