压敏陶瓷及光敏陶瓷

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16.压敏半导体陶瓷一般电阻器的电阻值可以认为是一个恒定值，即流过它的电流与施加电压成线性关系。压敏陶瓷是指电阻值随着外加电压变化有一显著的非线性变化的半导体陶瓷，用这种材料制成的电阻称为压敏电阻器。 2制造压敏陶瓷的材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。其中BaTiO3、Fe2O3利用的是电极与烧结体界面的非欧姆特性，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非欧姆特性。目前，应用最广、性能最好的是氧化锌压敏半导体陶瓷。 3⑴压敏陶瓷的基本特性压敏电阻陶瓷具有非线性伏--安特性，对电压变化非常敏感。在某一临界电压以下，压敏电阻陶瓷电阻值非常高，几乎没有电流；但当超过这一临界电压时，电阻将急剧变化，并且有电流通过。随着电压的少许增加，电流会很快增大。压敏电阻陶瓷的这种电流-电压特性曲线如图所示。 41.齐钠二极管；2.SiC压敏电阻；3.ZnO压敏电阻；4.线性电阻；5.ZnO压敏电阻。压敏电阻的I-U特性曲线 5由图可见，压敏电阻陶瓷的I-U特性不是一条直线，其电阻值在一定电流范围内呈非线性变化。因此，压敏电阻又称非线性电阻，用这种陶瓷制造的器件叫非线性电阻器。 6⑵氧化锌压敏陶瓷ZnO系压敏电阻陶瓷是压敏电阻陶瓷中性能最优的一种材料。成分是ZnO，并添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、PbO等氧化物经改性烧结而成。 7氧化锌压敏电阻的应用ZnO压敏电阻器的应用很广，可归结为如下两方面：①过压保护②稳定电压 8①过压保护各种大型整流设备、大型电磁铁、大型电机、通讯电路、民用设备在开关时，会引起很高的过电压，需要进行保护，以延长使用寿命。故在电路中接入压敏电阻可以抑制过电压。此外，压敏电阻还可作晶体管保护、变压器次级电路的半导体器件的保护以及大气过电压保护等。 9②稳定电压由于氧化锌压敏电阻具有优异的非线性和短的响应时间，且温度系数小、压敏电压的稳定度高，故在稳压方面得以应用。压敏电阻器可用于彩色电视接收机、卫星地面站彩色监视器及电子计算机末端数字显示装置中稳定显像管阳极高压，以提高图像质量等。 107.光敏半导体陶瓷光敏陶瓷也称光敏电阻瓷，属半导体陶瓷。由于材料的电特性不同以及光子能量的差异，它在光的照射下吸收光能，产生不同的光电效应：光电导效应和光生伏特效应。 11利用光电导效应来制造光敏电阻，可用于各种自动控制系统；利用光生伏特效应则可制造光电池或称太阳能电池，为人类提供了新能源。 12⑴光电导效应当光线照射到半导体时，在光子作用下产生的光生载流子使电导增加的现象，称为光电导效应。 13⑵光生伏特效应当光线照射到半导体的p-n结上时，如果光子能量足够大，h≥Eg，就在p-n结附近激发出电子--空穴对。在自建电场的作用下，n区的光生空穴被拉向p区，p区的光生电子被拉向n区，结果n区积累了负电荷，p区积累了正电荷，产生光生电动势。若将外电路接通，就有电流由p区流经外电路至n区，这种效应称为光生伏特效应。 14光电二极管、太阳能电池和光电晶体管就是利用光生伏特效应制成的光电转换元件。通常不同的材料具有不同的光敏光区，并在某一波长有最大的灵敏度。在可见光区(0.4~0.76m)最适用的光敏材料为CdS和CdSe；而在近红外区(0.76~3m)最适用的光敏材料为PbS。目前，常用于制造光敏电阻的光敏材料有CdS、CdSe和PbS。 15（3）光敏电阻瓷的应用太阳能电池是利用光生伏特效应将太阳能转换为电能的器件。虽然能量h≥Eg的光子均可产生激发，但只有能量相当于Eg的部分才能转变为电能。光子吸收材料的禁带在Eg≈0.9eV附近时，光子激发利用率最高。 16太阳能电池的转换率不仅受光子激发利用率的限制，还受其他因素的影响。一般太阳能电池目前的转换率大都在10％以下。 17综合考虑影响转换效率的因素，光子吸收材料的禁带宽度在1.0～1.6eV较合适，因此，Si、Cu2S、GaAs、CdTe等均可用作太阳能电池材料。Cu2S、CdTe常用作陶瓷太阳能电池的光子吸收材料，制成Cu2S--CdS电池与CdTe--CdS电池。