浅析半导体陶瓷的研究现状与发展前景

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1、浅析半导体陶瓷的研究现状与发展前景摘要：半导体陶瓷是当今世界迅速发展的一项高新技术领域。随着电子工业的高速发展，发展半导体陶瓷正面临着许多急待解决的重要问题。本文对热敏、气敏、湿敏、压敏、光敏等五类半导体陶瓷的基本原理，主要陶瓷材料以及优越特性的应用进行了简要叙述，对半导体陶瓷现状及发展趋势进行了分析探讨，并介绍了最新前沿的透明半导体陶瓷。关键词：半导体陶瓷；现状；发展前景。半导体陶瓷是敏感元器件及传感器技术的关键材料，是当今世界迅速发展的一项高新技术领域，它与现代信息技术、通讯技术、计算机技术密切相关，它

2、的研究开发乃至生产，涉及到物理、化学、材料科学与工程等多种学科，因此，半导体陶瓷属技术密集和知识密集型产业。日本产品在世界市场上占绝对优势地位。美国，欧洲也占有相当数量。相比之下我国半导体陶瓷起步较晚，产品性能、生产水平和国际先进水平相比还有明显差距。改革开放以来，随着电子工业的高速发展，对半导体陶瓷的要求愈来愈高，发展半导体陶瓷正面临着许多急待解决的重要问题。半导体陶瓷品种繁多，具有产业规模生产的主要有：热敏、气敏、湿敏、压敏及光敏电阻器等。热敏电阻器一般可分为正温度系数(PTC)，负温度系数(NTC)和

3、临界温度电阻器(CTR)三类。一、热敏半导体陶瓷PTC热敏电阻器以BaTiO。或BaTiO3固溶体为主晶相的半导体陶瓷元件。在一定的温度范围内，其阻值随温度的增加而增加，表现出所谓的PTC效应。按材料居里点可分为低温、高温，按阻值可分为低阻、高阻，按使用电压可分为低压、常压和高压，按曲线陡度可分为缓变型和开关型。PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻。到7O年代中期得到了很大的发展，各种不同用途的PTC热敏电阻元件相继出现。PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测

4、量与控制，或者汽车某部位的温度检测与调节，也可以大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度。第5页共5页到目前为止，无论是工业电子设备，还是家用电器产品，几乎到处都可以看到PTC热敏电阻元件。据世界上最大的电子陶瓷生产公司之一的日本村田制作所报导，PTC产品的品种规格已达169种。近年来，随着通信技术的迅猛发展，对于程控电话交换机用PTC过电流保护元件、移动电话石英晶体振荡器用PTC恒温器等需求剧增。为了降低汽车尾气排放和提高冷启动速度，需要大量汽车冷启动用PTC加热片。另外，PTC热敏陶

5、瓷在彩电消瓷器，空诃器，暖风机，节能灯软启动等家用电器方面得到了’普遍应用。值得注意的是，P1在航空航天、雷达、电子通信、仪器仪表等领域占有非常重要的地位。PTC的表面贴装元件已在逐步开发和生产。NTC热敏电阻有三种不同类型的阻温特性。一种是缓变型的热敏电阻。另一种是负温度突变型，又称临界温度系数热敏电阻(CTR)，在特定温度内，其阻值急剧下降。再一种是阻温特性为直线的陶瓷热敏元件。常温(300C)NTC热敏陶瓷材料，大多数是尖晶石型氧化物半导体陶瓷，其中包括二元系材料及多元系材料。二元系陶瓷材料主要有Mn

6、O—CuO—O2系、MnO—C0o—O2系、MnO—NiO—O2系等金属氧化物陶瓷。三元系热敏陶瓷材料主要有Mn—Co—Ni系、Mn—Cu—Ni系、Mn—Cu—Co系等含Mn的金属氧化物。也有不含Mn的NTC热敏陶瓷材料，如Cu—Ni系、Cu—Co—Ni系等。这些氧化物按一定配比混合，经烧结后，性能稳定，可在空气中直接使用，现在各国生产的负温度系数热敏电阻器，绝大部分是用这类陶瓷制成的。它们的电阻温度系数约为(一1～一6)／C，工作温度在一6O～4-300℃之间，广泛用于测涅、控温、补偿、稳压、遥控、流量流

7、速测量及时间延迟等技术领域。目前，源于多层陶瓷电容器(CC)的独石型结构和工艺在敏感元件领域的移植是一个重要发展趋势，NTC已实现0603、0805、1206等标准尺寸规格，以适应电子产品普遍采用的表面贴装技术(SMT)。临界温度系数热敏电阻(CRT)是一种具有开关特性的负温度系数热敏电阻。由于某些材料的转变温度较低，因此必须在低温情况下使用。如果需要转变温度较高一些的CTR热敏电阻，就必须搀杂一些氧化物(如CaO、SrO、BaO、SiO。、TiO等)。利用这种热敏电阻可以制成固态无触点开关，具有广泛的应用

8、前景。VO系临界温度热敏陶瓷已应用于恒温箱温度控制、火灾报警和电路的过热保护等。从产量来看NTC最大，PTC居次，CTR最小。一、气敏半导体陶瓷第5页共5页常见的气敏半导体陶瓷材料无论是n型，还是P型半导瓷，其气敏特性都是由于表面物理吸附，化学吸附或物理化学吸附引起表面能态发生改变，从而导致材料电导率的变化。气敏陶瓷可分为电导式和电话式两类。气敏材料主要有SnO系，FeO3系，V2O。系，V2O5系，ZrO2系，