【化】 semiconductive ceramics
semiconductor
【计】 quasi-conductor; SC
【化】 semiconductor
【医】 semiconductor
【电】 ceramic
半导体陶瓷（Semiconductor Ceramics）是一类具有独特电学特性的功能陶瓷材料，其电阻率介于导体与绝缘体之间，且可通过成分调整或外部条件（如温度、电场）实现导电性能的调控。这类材料在电子工业中具有重要地位，其特性源于晶粒与晶界结构的协同作用。
核心特性与机制
典型应用领域
权威研究参考
半导体陶瓷是一种具有独特半导体特性的陶瓷材料，其电导率介于导体和绝缘体之间（约 $10^{-6}$~$10 text{S/m}$），且对外界环境变化（如温度、光照、电场、气体等）高度敏感。以下从基本原理、特性及分类进行详细解析：
晶体结构与能带理论
半导体陶瓷由金属离子（如 Ba²⁺、Ti⁴⁺）与氧离子通过离子键或共价键结合形成晶格结构。根据能带理论，其价带（电子填充的低能带）与导带（电子可自由移动的高能带）之间的禁带宽度较窄（$E_g=0.1$~$3 text{eV}$），在温度、光照或电场作用下，电子可跃迁至导带，形成导电载流子（电子和空穴）。
掺杂调控机制
通过掺杂不等价离子（如用 La³⁺取代 BaTiO₃ 中的 Ba²⁺），可在晶格中引入缺陷，形成施主或受主能级，从而调控导电类型（n 型或 p 型）和电导率。
| 类型 | 特性及示例材料 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 热敏陶瓷 | 电导率随温度变化（如 Mn-Co-Ni 氧化物） | 温度传感器、过热保护装置 |
| 压敏陶瓷 | 非线性伏安特性（如 ZnO 基陶瓷） | 电路浪涌保护、电压调节器 |
| 气敏陶瓷 | 对特定气体敏感（如 SnO₂、ZrO₂） | 气体泄漏检测、环境监测 |
| 湿敏陶瓷 | 电导率随湿度变化（如 TiO₂-MgCr₂O₄） | 湿度传感器、农业温室控制 |
半导体陶瓷凭借其独特的敏感性和可调控性，广泛应用于传感器、电子器件及智能系统（如人工智能、工业自动化）。未来随着材料科学进步，其在新能源和物联网领域的潜力将进一步释放。
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