陶瓷半导体材料三氧化钨

对于科学技术日新月异的当今社会, 材料科学技术与信息科学技术的交叉渗透诞生了若干全新的领域, 如:大规模集成电路(VLSI)与半导体器件, 片式元件与新型电子器件, 敏感元件与传感器等等。材料按照其导电性可分为导体、绝缘体和介于二者之间的半导体。其中制造各类电子元器件的介电、铁电、压电等陶瓷功能材料, 以及IC 封装的装置瓷等均为绝缘体。按照传统观点, 其优越的绝缘性是实现其特定功能的基础。在制造过程中防止材料的半导化, 往往成为提高陶瓷质量的重要技术措施。所以, 使陶瓷材料半导化似乎难以理解。但是, 正是由于陶瓷工艺与半导体特性的这种奇妙结合, 促成了半导体陶瓷材料(简称半导瓷)的发展, 尤其是在敏感元件和传感器领域的应用。

三氧化钨(WO3)是一种具有广泛应用前景的功能材料,在诸如电致变色、有毒气体探测和光化学催化等方面已得到较系统的研究。近年来,人们又发现WO3陶瓷材料呈现出良好的以低电压小电流为特征的非线性电学性质。而且WO3的介电常数高,因此可以作为一种新型的陶瓷半导体材料在微电子学领域中得到应用。

半导瓷的半导化机理, 在于陶瓷材料成分中化学计量比的偏离或杂质缺陷对晶粒的影响, 以及施主和受主在晶界形成的界面势垒, 从而使陶瓷体的电导率由10-12提高到10-10~ 103Ω-1·cm-1之间。半导体的电导率受外界条件, 如温度、电场、光照、气氛、湿度的影响可能发生显著变化。利用这种敏感特性可制造各种敏感元件和传感器, 具有灵敏度高、结构简单、工艺简便、成本低廉等优点。其中以电导率特性直接应用于敏感电阻器最为成功。例如以半导瓷为主的热敏电阻产量约占整个敏感元件的40 %以上。下面分述若干类半导瓷敏感材料。

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