מבוא לקרמיקה מוליכים למחצה

קרמיקה מוליכים למחצה הם חומרים קרמיים המציגים תכונות מוליכות למחצה, עם מוליכות חשמלית הנעה בדרך כלל בין 10-6 ל-10-5 S/m. מכיוון שהמוליכות שלהם משתנה באופן משמעותי בתגובה לתנאים חיצוניים - כמו טמפרטורה, אור, שדות חשמליים והרכב אטמוספרי - קרמיקה זו יכולה להמיר שינויים בכמויות פיזיקליות סביבתיות לאותות חשמליים, מה שהופך אותם מתאימים לייצור סוגים שונים של אלמנטים חישה.

 

מאפיין נפוץ של תהליך ייצור קרמיקה מוליכים למחצה הוא ההכרח של שלב "טרנספורמציה מוליכים למחצה". טרנספורמציה זו יכולה להיות מושגת על ידי סימום עם יונים בעלי ערכיות שונה כדי להחליף חלק מהיונים בשלב הגביש המארח (לדוגמה, BaTiO3InBa2+quiltLa3+); זה יוצר פגמים בסריג ויוצר רמות אנרגיה של תורם או מקבל, וכתוצאה מכך קרמיקה מוליכים למחצה מסוג n-או מסוג p-. שיטה נוספת כוללת שליטה באווירת השריפה, טמפרטורת הסינטר ותהליך הקירור. למשל, אטמוספרה מחמצנת יכולה לגרום לעודף חמצן, בעוד אטמוספירה מצמצמת יכולה לגרום למחסור בחמצן; תנאים כאלה גורמים להרכב התרכובת לסטות מהסטוכיומטריה, ובכך לגרום להתנהגות מוליכים למחצה. חומרי חישה קרמיים מוליכים למחצה מציעים תהליכי ייצור פשוטים, עלויות נמוכות, גודל קומפקטי ומגוון רחב של יישומים. קרמיקה Varistor היא קרמיקה המאופיינת על ידי קשרי מתח-ליניאריים-לא{12}}הדוגמאות כוללות קרמיקה מבוססת סיליקון קרביד וקרמיקה-. ההתנגדות שלהם משתנה עם המתח המופעל: ההתנגדות גבוהה מאוד מתחת למתח קריטי מסוים, אך יורדת בחדות לאחר חריגה מהסף הזה. קרמיקת וריסטורית תחמוצת אבץ היא מוצר טיפוסי בקטגוריה זו, המשמשת בעיקר לספיגת נחשולי מתח, ייצוב מתח גבוה-, הגבלת מתח וזרם והגנה מפני מתח יתר.