半导瓷湿敏材料

半导瓷湿敏材料

在实际生活中，许多现象与湿度有关，如水份蒸发的快慢。然而除了与空气中水汽分压有关外，更主要的是和水汽分压与饱和蒸汽压的比值有关。因此有必要引入相对湿度的概念。相对湿度为某一被测蒸汽压与相同温度下的饱和蒸汽压的比值的百分数，这是一个无量纲的值。显然，绝对湿度给出了水份在空间的具体含量，相对湿度则给出了大气的潮湿程度，故使用更广泛。同时，人们还发现人的头发随大气湿度变化而伸长或缩短的现象，因而制成了毛发湿度计。这类早期的湿度计的响应速度、灵敏度、准确性等指标都不高。50年代以后，人们研制出了电阻湿度计，近年来又出了半导体湿敏器件。

本文主要描述半导体湿敏材料之半导瓷湿敏材料。

简述制造半导瓷湿敏电阻的材料，主要是不同类型的金属氧化物。图12-11是几种典型的金属氧化物半导瓷的湿敏特性。由于它们的电阻值随湿度的增加而下降，故称为负特性湿敏半导瓷。还有一种材料(如Fe3O4半导瓷)的电阻率随着湿度的增加而增大，称为正特性湿敏半导瓷。

导电机理关于半导瓷湿敏材料的导电机理有多种理论。一般认为，作为湿敏材料的多晶陶瓷，由于晶粒间界的结构不够致密与缺乏规律性，不仅载流子浓度远比晶粒内部小，而且载流子迁移率也要低得多。所以，一般半导瓷的晶粒间界电阻要比体内高得多。因而半导瓷的晶粒间界便成了半导瓷中传导电流的主要障碍。正由于这种高阻效应的存在，使半导瓷具有良好的湿敏特性。水分子中的氢原子具有很强的正电场。当水在半导瓷表面附着时，就可能从半导瓷表面俘获电子，使半导瓷表面带负电，相当于表面电势变负。如果该半导瓷是ｐ型的，则由于水分子的吸附使表面电势下降，这类材料就是负特性湿敏半导瓷。它的阻值随着湿度的增加可以下降三至四个数量级。对于n半导瓷，由于水分子附着同样会使表面电势下降；如果表面电势下降比较多，不仅使表面的电子耗尽，同时将大量的空穴吸引到表面层，以至有可能达到表面层的空穴浓度高于电子浓度的程度，出现所谓表面反型层，这些空穴称为反型载流子，它们同样可以在表面迁移而对电导做出贡献。这就说明水分子的附着同样可以使n型半导瓷材料的表面电阻下降。由此可见，不论是n型还是p型半导瓷，其电阻率都可随湿度的增加而下降。已知一系列的金属氧化物，特别是过渡金属氧化物及其盐类都具有明显

的湿敏特性，如zno、cuo、fe2o3、tio2、v2o5、zncr2o4等等。

应用（1）烧结型湿敏电阻

（2）涂覆膜型fe3o4湿敏器件

fe3o4湿敏器件采用滑石瓷做基片，在基片上用丝网印刷工艺印制成梳状金电极。将纯净的fe3o4胶粒，用水调制成适当粘度的浆料，然后将其涂覆在已有金电极的基片上，经低温烘干后，引出电极即可使用。

涂覆膜型fe3o4湿敏器件的感湿膜，是结构松散的fe3o4微粒的集合体。它与烧结陶瓷相比，缺少足够的机械强度。fe3o4微粒之间，依靠分子力和磁力的作用，构成接触型结合。虽然fe3o4微粒本身的体电阻较小，但微粒间的接触电阻确很大，这就导致fe3o4感湿膜的整体电阻很高。当水分子透过松散结构的感湿膜而吸附在微粒表面上时，将扩大微粒间的面接触，导致接触电阻的减小；因而这种器件具有负感湿特性。

fe3o4湿微器件的主要优点是，在常温、常湿下性能比较稳定，有较强的抗结露能力。在全湿范围内有相当一致的湿敏特性，而且其工艺简单，价格便宜。其主要缺点是响应缓慢，并有明显的湿滞效应。

注：原论文偏离课题，重写…..

材料080212

刘雪

2011-6-15