10半导体陶瓷演示教学.ppt

5. 3 热敏陶瓷 热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化 的性质制成的。热敏电阻的种类很多，分类方法也不相同。按热 敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为： 正温度系数热敏电阻器（PTC） 负温度系数热敏电阻器（NTC） 突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） 正温度系数热敏电阻器（PTC） 电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。它 的主要材料是掺杂的BaTiO3半导体陶瓷。 负温度系数热敏电阻器（NTC） 电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。 它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。 突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） 该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低 3～4个数量级，即具有很大负温度系数。其主要材料是VO2并添 加一些金属氧化物。 热敏电阻器的电阻——温度特性（RT—T） 1 2 3 4 铂丝 40 60 120 160 0 100 101 102 103 104 105 106 RT/Ω 温度T/oC 热敏电阻的电阻--温度特性曲线 1-NTC；2-CTR； 3-4 PTC 一、热敏电阻的特点 1．电阻温度系数的范围甚宽 有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的 三种热敏电阻元件。电阻温度系数的绝对值比金属大10～100 倍左右。 2．材料加工容易、性能好 可根据使用要求加工成各种形状，特别是能够作到小型 化。目前，最小的珠状热敏电阻其直径仅为 0.2mm。 3．阻值在1～10M之间可供自由选择 使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其 功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温 和控温使用。 4．稳定性好 商品化产品已有30多年历史，加之近年在材料与工艺上 不断得到改进。据报道，在0.01℃的小温度范围内，其稳定性 可达0.0002℃的精度。相比之下，优于其它各种温度传感器。 5．原料资源丰富，价格低廉 烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境条件；另 外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性能受磁场影响很小， 这是十分可贵的特点。 半 导 体 陶 瓷 济南大学材料科学与工程学院 宋 鹏 敏感陶瓷 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。  压敏陶瓷 热敏陶瓷 光敏陶瓷 气敏陶瓷 湿敏陶瓷 5. 1 陶瓷的半导体化 半导体陶瓷一般是氧化物或复杂氧化物。在正常情况下 陶瓷具有较宽的禁带（Eg≥3 eV）所以通常为绝缘体。要使 这些绝缘体成为半导体，必须对绝缘体进行半导体化处理。 处理的途径有两种： 一、控制成分使其偏离化合物的化学计量，即氧化、还原； 二、添加能形成附加能级的杂质，即掺杂。 氧化还原 富氧气氛 MO MO1+X 还原气氛 MO MO1-X 掺杂 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。 本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 杂质半导体——掺入杂质的本征半导体。 硅晶体的空间排列 硅的原子结构简化模型及晶体结构 1. N型半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。 半导体掺杂示意图 高纯半导体 “掺杂” 施主杂质 受主杂质 n-型半导体 p-型半导体 Ｂ掺杂Si 形成p型半导体 As掺杂Si 形成n型半导体 S i B S i S i 5. 2 光敏半导体陶瓷 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光 的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原 理是基于一些物质的光电效应。 光电导效应 光生伏特效应 光电导效应是指半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对， 使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发 生变化的现象，称为光电导效应。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻(光电导