半導瓷溼敏材料

2022-07-29 05:27:04 字數 1585 閱讀 6614

在實際生活中,許多現象與濕度有關,如水份蒸發的快慢。然而除了與空氣中水汽分壓有關外,更主要的是和水汽分壓與飽和蒸汽壓的比值有關。因此有必要引入相對濕度的概念。

相對濕度為某一被測蒸汽壓與相同溫度下的飽和蒸汽壓的比值的百分數,這是乙個無量綱的值。顯然,絕對濕度給出了水份在空間的具體含量,相對濕度則給出了大氣的潮濕程度,故使用更廣泛。同時,人們還發現人的頭髮隨大氣濕度變化而伸長或縮短的現象,因而製成了毛髮濕度計。

這類早期的濕度計的響應速度、靈敏度、準確性等指標都不高。50年代以後,人們研製出了電阻濕度計,近年來又出了半導體溼敏器件。

本文主要描述半導體溼敏材料之半導瓷溼敏材料。

簡述製造半導瓷溼敏電阻的材料,主要是不同型別的金屬氧化物。圖12-11是幾種典型的金屬氧化物半導瓷的溼敏特性。由於它們的電阻值隨濕度的增加而下降,故稱為負特性溼敏半導瓷。

還有一種材料(如fe3o4半導瓷)的電阻率隨著濕度的增加而增大,稱為正特性溼敏半導瓷。

導電機理關於半導瓷溼敏材料的導電機理有多種理論。一般認為,作為溼敏材料的多晶陶瓷,由於晶粒間界的結構不夠緻密與缺乏規律性,不僅載流子濃度遠比晶粒內部小,而且載流子遷移率也要低得多。所以,一般半導瓷的晶粒間界電阻要比體內高得多。

因而半導瓷的晶粒間界便成了半導瓷中傳導電流的主要障礙。正由於這種高阻效應的存在,使半導瓷具有良好的溼敏特性。水分子中的氫原子具有很強的正電場。

當水在半導瓷表面附著時,就可能從半導瓷表面俘獲電子,使半導瓷表面帶負電,相當於表面電勢變負。如果該半導瓷是p型的,則由於水分子的吸附使表面電勢下降,這類材料就是負特性溼敏半導瓷。它的阻值隨著濕度的增加可以下降三至四個數量級。

對於n半導瓷,由於水分子附著同樣會使表面電勢下降;如果表面電勢下降比較多,不僅使表面的電子耗盡,同時將大量的空穴吸引到表面層,以至有可能達到表面層的空穴濃度高於電子濃度的程度,出現所謂表面反型層,這些空穴稱為反型載流子,它們同樣可以在表面遷移而對電導做出貢獻。這就說明水分子的附著同樣可以使n型半導瓷材料的表面電阻下降。由此可見,不論是n型還是p型半導瓷,其電阻率都可隨濕度的增加而下降。

已知一系列的金屬氧化物,特別是過渡金屬氧化物及其鹽類都具有明顯的溼敏特性,如zno、cuo、fe2o3、tio2、v2o5、zncr2o4等等。

應用 (1)燒結型溼敏電阻

(2) 塗覆膜型fe3o4溼敏器件

fe3o4溼敏器件採用滑石瓷做基片,在基片上用絲網印刷工藝印製成梳狀金電極。將純淨的fe3o4膠粒,用水調製成適當粘度的漿料,然後將其塗覆在已有金電極的基片上,經低溫烘乾後,引出電極即可使用。

塗覆膜型fe3o4溼敏器件的感溼膜,是結構鬆散的fe3o4微粒的集合體。它與燒結陶瓷相比,缺少足夠的機械強度。fe3o4微粒之間,依靠分子力和磁力的作用,構成接觸型結合。

雖然fe3o4微粒本身的體電阻較小,但微粒間的接觸電阻確很大,這就導致fe3o4感溼膜的整體電阻很高。當水分子透過鬆散結構的感溼膜而吸附在微粒表面上時,將擴大微粒間的面接觸,導致接觸電阻的減小;因而這種器件具有負感溼特性。

fe3o4溼微器件的主要優點是,在常溫、常濕下效能比較穩定,有較強的抗結露能力。在全濕範圍內有相當一致的溼敏特性,而且其工藝簡單,**便宜。其主要缺點是響應緩慢,並有明顯的濕滯效應。

注:原**偏離課題,重寫…..

材料080212

劉雪2011-6-15