半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)

　　半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)如圖4.2-23所示，下面是已被價(jià)電子占滿的允帶，中間為禁帶，上面是空帶。因此，在外電場(chǎng)作用下不能導(dǎo)電，但是這是零度時(shí)的情況。當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，例如溫度升高和有光照射時(shí)，滿帶中有少量電子有可能被激發(fā)到上面的空帶中去，在外電場(chǎng)作用下，這些電子將參與導(dǎo)電。同時(shí)，滿帶中由于少了一些電子，在滿帶頂部附近出現(xiàn)了一些空的量子狀態(tài)，滿帶變成了部分占滿的能帶，在外電場(chǎng)的作用下，仍留在滿帶中的電子也能夠起導(dǎo)電作用。滿帶電子的這種導(dǎo)電作用等效于把這些空的量子狀態(tài)看作帶正電荷的準(zhǔn)粒子的導(dǎo)電作用，常稱(chēng)這些空的量子狀態(tài)為空穴。所以在半導(dǎo)體中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴均參與導(dǎo)電，這是與金屬導(dǎo)體的大差別。因?yàn)榘雽?dǎo)體的禁帶寬度比較小，數(shù)量級(jí)在1eV左右，在通常溫度下已有不少電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中去，所以具有一定的導(dǎo)電能力。因此，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性受環(huán)境的影響很大，產(chǎn)生了一些半導(dǎo)體敏感效應(yīng)。
 

　　半導(dǎo)體陶瓷，簡(jiǎn)稱(chēng)半導(dǎo)瓷，是重要的一類(lèi)半導(dǎo)體材料其景電能力介于金屬與絕緣體之間。半導(dǎo)體陶瓷絕大都分由備種金屬氧化物組成，由于這些金屬氧化物多數(shù)具有比較的禁帶(通常Eg>3eV)，故常溫下它們都是絕緣體，要使它們成為半導(dǎo)體，需在禁帶中形成淺的施主能級(jí)或受主能級(jí)，淺的施主能級(jí)或淺的受主能級(jí)所束縛的載流子，在蜜溫下由于熱激發(fā)的作用被激發(fā)到導(dǎo)帶或價(jià)帶，提高了陶瓷材料的載流子濃度，從而形成半導(dǎo)體陶瓷材料，這個(gè)過(guò)程叫做華導(dǎo)化過(guò)程。
 

　　金屬氧化物的半導(dǎo)化途徑有：①配料時(shí)摻入的外加成全、路電牙原將不純質(zhì)量人的雜質(zhì)，在其禁制內(nèi)無(wú)城我的能主雜質(zhì)能級(jí)或受主質(zhì)能級(jí)；②由于半導(dǎo)體陶瓷材料組分寫(xiě)嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量比相偏如金屬原子或氧原子缺位、填隙原子等，可在禁帶內(nèi)生成主缺陷能級(jí)或受主缺陷能級(jí)。因此，在半導(dǎo)體瓷的制備過(guò)程中，通過(guò)控制化學(xué)計(jì)量比的偏離程度可以控制半導(dǎo)化。例如在氧氣中燒結(jié)可以造成氧過(guò)剩，而在氮?dú)饣驓錃庵袩Y(jié)可以產(chǎn)生氧不足，所以，改變燒結(jié)氣氛就可以改變光導(dǎo)體陶瓷材料的化學(xué)計(jì)量比偏離程度，得到不同導(dǎo)計(jì)量比的偏離程度還與燒經(jīng)語(yǔ)器的譽(yù)導(dǎo)體陶瓷。此外，化學(xué)計(jì)量比偏離程度、保溫時(shí)間、冷卻速率等工藝因素有關(guān)。
 

　　半導(dǎo)體陶瓷與其它電子陶瓷相比，具有兩個(gè)*性能：
 

　　①一般電子陶瓷的晶粒電阻率與宏觀電阻率接近，在1010Ω·cm以上，而半導(dǎo)體陶瓷的晶粒電阻率與宏觀電阻率并不一致，半導(dǎo)體陶瓷的晶粒電阻率比其它電子陶瓷要低得多，如邊界層電容器的SrTiO3，半導(dǎo)體陶瓷其宏觀電阻率高達(dá)1011~1012Ω·cm，而晶粒電阻率低達(dá)10-1Ω·m。造成這種現(xiàn)象的原因是晶粒之間存在高絕緣的晶界層，這種夾層結(jié)構(gòu)相當(dāng)于減少了介質(zhì)的有效厚度，也是使材料具有高表觀介電系數(shù)的主要根源。②由于半導(dǎo)體陶瓷大多是多晶多相結(jié)構(gòu)，主晶相一般為半導(dǎo)體，而晶界相可以是絕緣體或半導(dǎo)體，在晶粒邊界處由于電子態(tài)的不同而形成空間電荷層造成能帶彎曲，使半導(dǎo)體陶瓷晶粒的邊界多數(shù)存在一定的界面勢(shì)壘。這種界面勢(shì)壘的性質(zhì)，可以通過(guò)改變組分、工藝條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤Ｔ谕饧与妷鹤饔孟拢雽?dǎo)體陶瓷中的載流子越過(guò)界面勢(shì)壘而導(dǎo)電，其導(dǎo)電率不但與界面勢(shì)壘有關(guān)，而且與工作時(shí)的光照、溫度、濕度、氣氛等環(huán)境條件有關(guān)，如果半導(dǎo)體陶瓷對(duì)某一環(huán)境條件或物理量特別靈敏，即可制成相應(yīng)的半導(dǎo)體陶瓷敏感器件。
 

　　主要的半導(dǎo)體陶瓷有：熱敏陶瓷、電壓敏陶瓷、氣敏陶瓷、濕敏陶瓷、光敏陶瓷、邊界層電容器半導(dǎo)體陶瓷。

圖4.2-23半導(dǎo)體能帶填充情況示意圖