Introducción a la cerámica semiconductora

Las cerámicas semiconductoras son materiales cerámicos que presentan propiedades semiconductoras, con una conductividad eléctrica que suele oscilar entre 10-6 y 10-5 S/m. Debido a que su conductividad cambia significativamente en respuesta a condiciones externas (como la temperatura, la luz, los campos eléctricos y la composición atmosférica), estas cerámicas pueden convertir cambios en las cantidades físicas ambientales en señales eléctricas, lo que las hace adecuadas para fabricar varios tipos de elementos sensores.

 

Una característica común del proceso de fabricación de cerámica semiconductora es la necesidad de un paso de "transformación semiconductora". Esta transformación se puede lograr dopando con iones de diferente valencia para sustituir algunos de los iones en la fase cristalina huésped (por ejemplo, BaTiO3InBa2+quiltLa3+); esto crea defectos de red y forma niveles de energía donante o aceptor, lo que da como resultado cerámicas semiconductoras de tipo n-o p-. Otro método implica controlar la atmósfera de cocción, la temperatura de sinterización y el proceso de enfriamiento. Por ejemplo, una atmósfera oxidante puede inducir un exceso de oxígeno, mientras que una atmósfera reductora puede provocar una deficiencia de oxígeno; tales condiciones hacen que la composición del compuesto se desvíe de la estequiometría, induciendo así un comportamiento semiconductor. Los materiales sensores cerámicos semiconductores ofrecen procesos de fabricación simples, bajos costos, tamaño compacto y una amplia gama de aplicaciones. Las cerámicas de varistor son cerámicas caracterizadas por relaciones de voltaje-corriente no-lineales-por ejemplo, cerámicas a base de carburo de silicio y óxido de zinc-. Su resistividad varía con el voltaje aplicado: la resistencia es muy alta por debajo de un cierto voltaje crítico, pero cae bruscamente una vez que se excede ese umbral. Las cerámicas de varistor de óxido de zinc son un producto típico de esta categoría y se utilizan principalmente para absorción de sobretensiones, estabilización de alto-voltaje, limitación de voltaje y corriente y protección contra sobrevoltaje.