半導體導電性的敏感效應

      半導體(ti) 的能帶結構如圖4.2-23所示，下麵是已被價(jia) 電子占滿的允帶，中間為(wei) 禁帶，上麵是空帶。因此，在外電場作用下不能導電，但是這是零度時的情況。當外界條件發生變化時，例如溫度升高和有光照射時，滿帶中有少量電子有可能被激發到上麵的空帶中去，在外電場作用下，這些電子將參與(yu) 導電。同時，滿帶中由於(yu) 少了一些電子，在滿帶頂部附近出現了一些空的量子狀態，滿帶變成了部分占滿的能帶，在外電場的作用下，仍留在滿帶中的電子也能夠起導電作用。滿帶電子的這種導電作用等效於(yu) 把這些空的量子狀態看作帶正電荷的準粒子的導電作用，常稱這些空的量子狀態為(wei) 空穴。所以在半導體(ti) 中導帶的電子和價(jia) 帶的空穴均參與(yu) 導電，這是與(yu) 金屬導體(ti) 的大差別。因為(wei) 半導體(ti) 的禁帶寬度比較小，數量級在1eV左右，在通常溫度下已有不少電子被激發到導帶中去，所以具有一定的導電能力。因此，半導體(ti) 的導電性受環境的影響很大，產(chan) 生了一些半導體(ti) 敏感效應。

　　半導體(ti) 陶瓷，簡稱半導瓷，是重要的一類半導體(ti) 材料其景電能力介於(yu) 金屬與(yu) 絕緣體(ti) 之間。半導體(ti) 陶瓷絕大都分由備種金屬氧化物組成，由於(yu) 這些金屬氧化物多數具有比較的禁帶(通常Eg>3eV)，故常溫下它們(men) 都是絕緣體(ti) ，要使它們(men) 成為(wei) 半導體(ti) ，需在禁帶中形成淺的施主能級或受主能級，淺的施主能級或淺的受主能級所束縛的載流子，在蜜溫下由於(yu) 熱激發的作用被激發到導帶或價(jia) 帶，提高了陶瓷材料的載流子濃度，從(cong) 而形成半導體(ti) 陶瓷材料，這個(ge) 過程叫做華導化過程。

　　金屬氧化物的半導化途徑有：①配料時摻入的外加成全、路電牙原將不純質量人的雜質，在其禁製內(nei) 無城我的能主雜質能級或受主質能級；②由於(yu) 半導體(ti) 陶瓷材料組分寫(xie) 嚴(yan) 格的化學計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(nei) 生成主缺陷能級或受主缺陷能級。因此，在半導體(ti) 瓷的製備過程中，通過控製化學計量比的偏離程度可以控製半導化。例如在氧氣中燒結可以造成氧過剩，而在氮氣或氫氣中燒結可以產(chan) 生氧不足，所以，改變燒結氣氛就可以改變光導體(ti) 陶瓷材料的化學計量比偏離程度，得到不同導計量比的偏離程度還與(yu) 燒經語器的譽導體(ti) 陶瓷。此外，化學計量比偏離程度、保溫時間、冷卻速率等工藝因素有關(guan) 。

　　半導體(ti) 陶瓷與(yu) 其它電子陶瓷相比，具有兩(liang) 個(ge) *：

　　①一般電子陶瓷的晶粒電阻率與(yu) 宏觀電阻率接近，在10¹⁰Ω·cm以上，而半導體(ti) 陶瓷的晶粒電阻率與(yu) 宏觀電阻率並不一致，半導體(ti) 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，半導體(ti) 陶瓷其宏觀電阻率高達10¹¹~10¹²Ω·cm，而晶粒電阻率低達10^-1Ω·m。造成這種現象的原因是晶粒之間存在高絕緣的晶界層，這種夾層結構相當於(yu) 減少了介質的有效厚度，也是使材料具有高表觀介電係數的主要根源。②由於(yu) 半導體(ti) 陶瓷大多是多晶多相結構，主晶相一般為(wei) 半導體(ti) ，而晶界相可以是絕緣體(ti) 或半導體(ti) ，在晶粒邊界處由於(yu) 電子態的不同而形成空間電荷層造成能帶彎曲，使半導體(ti) 陶瓷晶粒的邊界多數存在一定的界麵勢壘。這種界麵勢壘的性質，可以通過改變組分、工藝條件進行適當的控製。在外加電壓作用下，半導體(ti) 陶瓷中的載流子越過界麵勢壘而導電，其導電率不但與(yu) 界麵勢壘有關(guan) ，而且與(yu) 工作時的光照、溫度、濕度、氣氛等環境條件有關(guan) ，如果半導體(ti) 陶瓷對某一環境條件或物理量特別靈敏，即可製成相應的半導體(ti) 陶瓷敏感器件。

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

圖4.2-23半導體(ti) 能帶填充情況示意圖