Introduction aux céramiques semi-conductrices

Les céramiques semi-conductrices sont des matériaux céramiques qui présentent des propriétés semi-conductrices, avec une conductivité électrique allant généralement de 10-6 à 10-5 S/m. Parce que leur conductivité change de manière significative en réponse aux conditions externes, telles que la température, la lumière, les champs électriques et la composition atmosphérique, ces céramiques peuvent convertir les changements de grandeurs physiques environnementales en signaux électriques, ce qui les rend adaptées à la fabrication de divers types d'éléments de détection.

 

Une caractéristique commune du procédé de fabrication de céramiques semi-conductrices est la nécessité d'une étape de « transformation semi-conductrice ». Cette transformation peut être réalisée en dopant avec des ions de valence différente pour remplacer certains des ions de la phase cristalline hôte (par exemple, BaTiO3InBa2+quiltLa3+) ; cela crée des défauts de réseau et forme des niveaux d'énergie donneurs ou accepteurs, ce qui donne lieu à des céramiques semi-conductrices de type n- ou p-. Une autre méthode consiste à contrôler l’atmosphère de cuisson, la température de frittage et le processus de refroidissement. Par exemple, une atmosphère oxydante peut induire un excès d’oxygène, tandis qu’une atmosphère réductrice peut provoquer un déficit en oxygène ; de telles conditions font que la composition du composé s'écarte de la stœchiométrie, induisant ainsi un comportement semi-conducteur. Les matériaux de détection céramiques semi-conducteurs offrent des processus de fabrication simples, de faibles coûts, une taille compacte et une large gamme d'applications. Les céramiques à varistances sont des céramiques caractérisées par des relations de tension non linéaires -de courant -les exemples incluent les céramiques à base de carbure de silicium et d'oxyde de zinc-. Leur résistivité varie avec la tension appliquée : la résistance est très élevée en dessous d'une certaine tension critique mais chute fortement une fois ce seuil dépassé. Les céramiques de varistance à l'oxyde de zinc sont un produit typique de cette catégorie, utilisées principalement pour l'absorption des surtensions, la stabilisation des hautes tensions, la limitation de tension et de courant et la protection contre les surtensions.