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1、第六章半导体陶瓷一、教学基本要求了解半导体瓷的种类，掌握BaTid陶瓷的半导化机理，PTC效应机理，了解半导体陶瓷电容器的分类及其性能，理解表面层、晶界层电容效应。掌握金属与半导体的接触形式及原因。二、基本内容概述6.1 半导体陶瓷的基本概念1装置瓷、电容器瓷、铁电压电瓷：pv1012Q?cm,防止半导化，保证高绝缘电阻率；半导体瓷：pvV106Q?cm2、半导体瓷：传感器用，作为敏感材料，电阻型敏感材料为主：pv或ps对热、光、电压、气氛、湿度敏感，故可作各种热敏、光敏、压敏、气敏、湿敏材料。3、非半导体瓷一一体效应（晶粒本身）半导体瓷一一晶界效应及表面效应6.2 BaTiCH瓷的半导化机理
2、1、原子价控制法（施主掺杂法）在高纯（99.9%）BaTiOs中掺入微量（v0.3%mol）的离子半径与Bf相近，电价比BaT离子高的离子或离子半径与1T+相近而电价比Ti4+高的离子，它们将取代Ba2+或Ti4+位形成置换固溶体，在室温下，上述离子电离而成为施主，向BaTiOs提供导带电子（使部分Ti4+e-Ti3+）,从而pv下降（102q?cm），成为半导瓷。2、强制还原法在还原气氛中烧结或热处理，将生成氧空位而使部分Ti4+-Ti3+,从而实现半导化。3、AST法当材料中含有Fe、K等受主杂质时，不利于晶粒半导化。加入SQ2或AST玻璃(AI2Q-SiO2-TQ2)可以使上述有害半导的
3、杂质从晶粒进入晶界，富集于晶界，从而有利于陶瓷的半导化。6.3 PTC热敏电阻1、PTC效应：半导体BaTiQ陶瓷，当温度超过居里温度时，在几十度的范围内，电阻率会增大410个数量级，即PTC效应。2、电阻-温度特性、电压-电流特性，电流-时间特性。3、PTC机理：海旺模型丹尼尔斯模型6.4 半导体陶瓷电容器1、分类及性能半导体陶瓷电容器按其结构、工艺可分为三类：表面阻挡层型表面还原一再氧化型晶界层型。2、表面型半导体陶瓷电容器3、晶界型半导体陶瓷电容器三、重点、难点分析1、BaTid陶瓷的半导化机理纯BaTiQ陶瓷的禁带宽度2.53.2ev,因而室温电阻率很高(10iQ?cm),然而在特殊情
4、况下，BaTiQ瓷可形成n型半导体，使BaTiQ成为半导体陶瓷的方法及过程，称为BaTiOs瓷的半导化。BaTiQ陶瓷的半导化方法主要包括原子价控制法和强制还原法。原子价控制法在高纯（99.9%）BaTiQ中掺入微量（v0.3%mol）的离子半径与Ba2+相近，电价比离子高的离子或离子半径与Ti4+相近而电价比Ti4+高的离子，它们将取代Ba2+或Ti4+位形成置换固溶体，在室温下，上述离子电离而成为施主，向BaTiQ提供导带电子（使部分Ti4+eTi3+）,从而pv下降（102Q?cm），成为半导瓷。强制还原法在还原气氛中烧结或热处理时，氧以分子状态逸出，将生成氧空位，氧空位带正电，为维持电
5、中性氧空位可束缚电子。这些多余的电子被1T+捕获，而使部分Ti4+fTi3+,从而实现半导化。2、PTC效应机理实验发现，掺杂BaTiQ半导体陶瓷在居里点以下无PTC效应，电阻率很低，在上以上Pv随T升高呈指数的增加。这与BaTiQ铁电体的&在Tc以下很高，%以上迅速降低相对应。因此，PTC效应必然与铁电性有关。实验还发现：单晶BaTiQ无PTC特性，强制还原法所得半导体BaTiQ的PTC特性很小或没有PTC特性。因此，PTC效应与晶界有关。根据以上的实验现象，海旺提出了PTC效应模型：BaTiQ半导体陶瓷晶粒内部为n型半导体，在晶界处，由于吸附氧或受主杂质偏析，在晶界上形成“电子陷阱”，因此从导带或施主能级上来的电子，首先填充在表面态中，从而在晶界形成受主电荷，并在晶粒内距晶界一定宽度形成相反电荷的空间电荷层（阻挡层），从而出现晶界势垒。晶界势垒与存在以下关系：因此，当T Tc时，Tf,Ooff,即势垒高度。随温度TT而迅速升高p随Tf呈指数式迅速升高，显示出PTC特性。然而,海旺模型本身存在一定的局限性,有一些实验现象难以用海旺模型进行解释，因此丹尼尔斯提出了改进后的模型。丹尼尔斯模型认为当材料从高温冷却时，晶粒表面形成富根缺位层,从而补偿了晶粒表面的施主,而晶粒内部的施主未得到完整的补偿,从而晶粒间形成了ni-n结构，即形成了晶界势垒。
第六章半导体陶瓷
