【培训】半导性陶瓷

1、. 半导体与半导性陶瓷的比较半导体与半导性陶瓷的比较半导性陶瓷材料应用半导性陶瓷材料应用 变阻体：变阻体： ZnO 热阻体：热阻体： NTCR PTCR.半导体与半导性陶瓷的比较：半导体与半导性陶瓷的比较：1.一般的半导体其导电载子为电子或是电洞，而半导性陶瓷一般的半导体其导电载子为电子或是电洞，而半导性陶瓷 的导电载子除了电子和电洞以外，还可以为离子。的导电载子除了电子和电洞以外，还可以为离子。2.一般的半导体可制成一般的半导体可制成 PN 接面，而半导性陶瓷虽然可分别接面，而半导性陶瓷虽然可分别制成制成 P 型或型或 N 型材料，但目前为止无法制成型材料，但目前为止无法制成 PN 接面。接

2、面。3.一般的半导体为单晶（一般的半导体为单晶（single crystal）材料，需特别的的晶）材料，需特别的的晶体成长技术。而半导性陶瓷为多晶材料，虽然需特别的处体成长技术。而半导性陶瓷为多晶材料，虽然需特别的处理方式，但一般陶瓷可经由高温烧结来成型。因没有理方式，但一般陶瓷可经由高温烧结来成型。因没有 PN 接面所以半导性陶瓷主要是用来做各种传感器。接面所以半导性陶瓷主要是用来做各种传感器。.虽然一般的陶瓷是绝缘体，但是经过适当的处理，也可以具有半虽然一般的陶瓷是绝缘体，但是经过适当的处理，也可以具有半导的性质，具有半导性的陶瓷可以有许多的用途，例如氧化锌与导的性质，具有半导性的陶瓷可以

3、有许多的用途，例如氧化锌与数种适当的添加物可以制成变阻器，由于它具有吸收突波的特性，数种适当的添加物可以制成变阻器，由于它具有吸收突波的特性，可以用来保护电子组件，防止突波的破坏。有些半导性陶瓷的导可以用来保护电子组件，防止突波的破坏。有些半导性陶瓷的导电性因温度的不同变化很大，可以用来量测温度，以电性因温度的不同变化很大，可以用来量测温度，以PTC（正温度（正温度系数）陶瓷做加热器具有自动控温的特性，如近来常见的陶瓷暖系数）陶瓷做加热器具有自动控温的特性，如近来常见的陶瓷暖炉，就是一例。此外半导性陶瓷还可以做湿度或气体传感器，具炉，就是一例。此外半导性陶瓷还可以做湿度或气体传感器，具有组件简

4、单，但灵敏度高的特性。有组件简单，但灵敏度高的特性。.变阻器变阻器变阻器变阻器(Varistor)是一种对电压会改变其阻抗值是一种对电压会改变其阻抗值的非线性阻抗体。的非线性阻抗体。电流电流 I 与电压与电压 V 的关系并不遵行奥姆定律，而依的关系并不遵行奥姆定律，而依其中其中 表示与阻抗值相当的常数表示与阻抗值相当的常数 ; 表示非线性常数表示非线性常数 ; ）（NV/CINC.在在 ZnO 上添加上添加 等烧结而成的陶瓷是由等烧结而成的陶瓷是由 ZnO 的结晶粒以的结晶粒以 为主成分的粒界相所构成。具有为主成分的粒界相所构成。具有良好的变阻器特性，是良好的变阻器特性，是1967年松下电器的

5、增山年松下电器的增山.等等人所发现的。人所发现的。3BiO32OBiZnO 变阻器变阻器.ZnO变阻器变阻器氧化锌变阻器是由氧化锌变阻器是由ZnO与数与数种添加物经反应而成。种添加物经反应而成。.ZnO变阻器之变阻器之I-V特性如图特性如图.上页这种直立向上的电压（变阻体电压）上页这种直立向上的电压（变阻体电压）可随可随 ZnO 陶瓷粒径的控制而有大幅度变化，陶瓷粒径的控制而有大幅度变化，适合于电压安定化、脉冲电压的控制、杂音适合于电压安定化、脉冲电压的控制、杂音防止等各种用途。防止等各种用途。.氧化锌压敏电阻器氧化锌压敏电阻器(ZnO Varistor；又称为；又称为“突波吸收突波吸收器器”

6、)：利用其非奥姆法则之电压利用其非奥姆法则之电压-电流特性对于突波诱导电及开电流特性对于突波诱导电及开关操作时所产生之高电压有很大吸收能力。因此广被利关操作时所产生之高电压有很大吸收能力。因此广被利用在各种电子机器及电力设施上，以作为电压安定与突用在各种电子机器及电力设施上，以作为电压安定与突波吸收用。例如：开关电源波吸收用。例如：开关电源(SMPS)、不间断电源、不间断电源(UPS)、漏电开关漏电开关(POWER SW)、电源计算机插座、电源计算机插座(AC SOCKET)、彩色电视彩色电视(CTV)、洗衣机、洗衣机(Washing Machine)。实际应用实际应用.热阻体（热阻体（the

7、rmistor）热阻体是指温度敏感电阻体，其电阻值因温度改变而改变。热阻体是指温度敏感电阻体，其电阻值因温度改变而改变。以陶瓷体所构成的热阻体可分为：以陶瓷体所构成的热阻体可分为：负温度系数（负温度系数（NTC）：具有负温度特性的热阻体。）：具有负温度特性的热阻体。正温度系数（正温度系数（PTC）：具有正温度特性的热阻体。）：具有正温度特性的热阻体。极限温度电阻体（极限温度电阻体（CTR）：具有负温度特性，但其电阻体）：具有负温度特性，但其电阻体 在特定温度范围里突变。在特定温度范围里突变。.以以 为本体的烧结体。为本体的烧结体。-50350度度CPTC常温用的组成加入常温用的组成加入Cu以降

8、低其本以降低其本体电阻。体电阻。Mn , Ni , Co , Fe等过渡元素氧化等过渡元素氧化物烧结体。物烧结体。 与与 组合的烧结体。组合的烧结体。低温低温 -1300 度度 C常温常温 -50350 度度 C 高温高温 5001300 度度 CNTC基本材料基本材料使用温度范围使用温度范围种类种类2ZrO32OY各种热阻体的使用温度范围及基本材料各种热阻体的使用温度范围及基本材料3BaTiO.一般的电器组件大多为正温度系数，如铜、碳膜一般的电器组件大多为正温度系数，如铜、碳膜.等等组件，这些组件在承载电流时会因本身电阻作用而产生组件，这些组件在承载电流时会因本身电阻作用而产生热，造成本身的

9、阻抗上升，而偏离了原设计值，造成电热，造成本身的阻抗上升，而偏离了原设计值，造成电子产品的寿命减短，而负温度系数热敏电阻因具有温度子产品的寿命减短，而负温度系数热敏电阻因具有温度补偿作用，可解决上述之缺点。补偿作用，可解决上述之缺点。NTCR的用途.NTCR的应用NTCR其功能有其功能有3: 抑制突波电流：抑制突波电流： 主要使用于交换式电源供应器及电子线路中，以抑制电流开启时，所引发的电流冲击，主要使用于交换式电源供应器及电子线路中，以抑制电流开启时，所引发的电流冲击，如此可以防止保险丝的熔断或电压变动而引起对其他组件的不良影响。如此可以防止保险丝的熔断或电压变动而引起对其他组件的不良影响。

10、温度补偿：温度补偿： 与定电阻并联后，再与偏向线圈串联后，可改善环境温度上升造成对电阻之变化，与定电阻并联后，再与偏向线圈串联后，可改善环境温度上升造成对电阻之变化，成为一稳定线路之总电阻，使电视、监视器等显示屏幕，在长时间使用时，成为一稳定线路之总电阻，使电视、监视器等显示屏幕，在长时间使用时，仍可维持其屏幕显示的稳定性仍可维持其屏幕显示的稳定性温度感应：温度感应： 利用产品对温度变化的敏感度，用于冷气、利用产品对温度变化的敏感度，用于冷气、汽车、冰箱、家电等电器上，具有感应及控制温度之功能。汽车、冰箱、家电等电器上，具有感应及控制温度之功能。.使用温度范围（度使用温度范围（度C）.PTCR

11、 特性曲线特性曲线Tc （居礼温度）（居礼温度）它是它是PTC半导性陶瓷半导性陶瓷 相变的开始点；相变的开始点； Tmax （最大温度）（最大温度）组件可达到的最高温度；组件可达到的最高温度； Tp （ 最大工作温度）最大工作温度）工作范围内的上限温度；工作范围内的上限温度； Tmin （最小温度）（最小温度）组件（正常）呈现最小组件（正常）呈现最小 电阻时的温度；电阻时的温度； T25 ：标准室温：标准室温25； Rc （开关电阻）（开关电阻）即居礼点温度时对应的电阻；即居礼点温度时对应的电阻； Rmax （ 最大电阻）最大电阻）组件达到最高温度时的电阻；组件达到最高温度时的电阻； Rp （

12、最大工作电阻）（最大工作电阻）上限工作温度所对应的电阻；上限工作温度所对应的电阻； Rmin （最小电阻）最小电阻）组件（正常）可呈现的最小电阻；组件（正常）可呈现的最小电阻； R25 （室温电阻）（室温电阻）标准室温时，组件所对应的电阻。标准室温时，组件所对应的电阻。.PTCR 的应用的应用电热液体蚊香与电热纸片蚊香一样，是由驱蚊药液和电加热器组成，电热液体蚊香与电热纸片蚊香一样，是由驱蚊药液和电加热器组成，当电加热器接入电源后，当电加热器接入电源后，PTCR组件就开始升温发热，然后依靠组件就开始升温发热，然后依靠PTCR组件自身的温度调节功能，使它的温度保持在一定的范围内。组件自身的温度调节功能，使它的温度保持在一定的范围内。PTCR组件产生的热量透过热辐射传递到药液挥发芯，组件产生的热量透过热辐射传递到药液挥发芯，使得透过挥发芯毛细作用从药液瓶中吸至芯棒上端的药使得透过挥发芯毛细作用从药液瓶中吸至芯棒上端的药液在热辐射加热下增加扩散速度，当空间的杀虫有效成液在热辐射加热下增加扩散速度，当空间的杀虫有效成分达到一定浓度后，就对蚊虫产生驱赶、麻痹、及致死作用。分达到一定浓度后，就对蚊虫产生驱赶、麻痹、及致死作用。.优点：优点：1.因为电阻变化大，利于测量出微小的温度变化。因为电阻变化大，利于测量出微小的温度变化。 2.组件的尺寸小，反应迅速