湿敏陶瓷湿敏机理

湿敏陶瓷1.接触晶粒的界面势垒理论

由于湿敏陶瓷为多孔材料，界面接触主要以点接触为主，这样使n型和p型半导体陶瓷的晶粒内部和表面正负离子所处的状态不同。内部离子对称包围，而表面离子则处于未受异性离子屏蔽的不稳定状态，其电子亲和力发生了变化，表现为表面附近能带上弯(n型)或下弯(p型)，在半导体陶瓷晶粒接触处产生双势垒曲线，如下图《半导体的表面势》所示。由于晶粒界面势垒的存在，晶粒界面的电阻比晶粒内部大得多。当湿敏陶瓷晶粒晶界处吸收水分子时，由于水分子是一-种强极性物质，其分子结构不对称，在氢原子的一侧具有很强的正电场，使得表面吸附的水分子可以从半导体表面吸附的O₂或O中吸取电子,甚至从满带中直接俘获电子。因此将引起晶粒表面电子能态的变化，从而导致晶粒表面电阻和整个元件的电阻变化。对于p型半导体，主要表现为表面俘获电子，形成表面束缚态的负空间电荷，而在表面内层形成自由态的正电荷，该正电荷被氧的施主能级所俘获，使氧的施主能级密度下降，使下弯的能级变平，耗尽层变薄，表面载流子密度增加，电阻率下降 。

湿敏陶瓷2.质子导电理论

质子导电理论把分子在晶粒表面的吸附分为三个阶段：第一阶段少量水分子在晶粒之间的颈部吸附，表面化学吸附水的一个羟基首先与高价阳离子结合，水离解出的H 与表面的氧离子形成第二个羟基，羟基解离后的质子由一个位置向另一个位置移动，形成了质子导电；第二阶段是水分子物理吸附在羟基上，形成多分子吸附层，由于水分子的极化，相对介电常数增加，导致离解水分子的能量增高，促进了水分子的离解；第三阶段，不仅在颈部的凹面，而且在平表面也吸附了大量水分子，在两极间形成了连续电解质层，导致电导率随含水量的增加而增加。

湿敏陶瓷1.电阻型湿敏陶瓷材料

这是一类研究最多、应用最广的湿敏陶瓷材料。典型的瓷料是MgCrzO系统，其主要晶相是MgCr2O。TiO作为掺杂改性成分 。

湿敏陶瓷2.电容型湿敏陶瓷材料

电容型湿度传感器是利用其电容量和湿度呈线性关系而受到重视，Al₂O₃膜很容易吸附水汽。多孔氧化铝的相对介电常数为1~10，空气的相对介电常数约等于1，水的相对介电常数约为80。可见，当水汽代替介质中孔内的空气时，介质的相对介电常数将发生很大变化，因而引起元件的电容量变化。Al₂O₃膜在20世纪70年代采用厚膜技术制备，即介质是采用相对介电常数近70的陶瓷细粉印刷而成，它的传感性能较好，同时具有体积小、可靠性高、成本低、易于和其他厚膜元件.集成电路相配合等优点。近年来，随着薄膜集成电路的应用和镀膜技术的发展,氧化物和其他化合物也能形成镀膜，因而研制成了薄膜型湿度传感器。电容型湿敏陶瓷材料有Al₂O₃、Ta₂O₃、Nb₂O₅、CaF、TaN等。

湿敏陶瓷3.阻抗型湿敏陶瓷材料

当前，这种类型的湿度传感器已较少应用。感湿体是以Al2O膜为介质的阻抗元件。它是在厚为0.38 mm的高纯铝金属板上，采用阳极氧化的方法,在铝极表面形成Al₂O₃膜，再经185摄氏度、16h的热处理而制成的。

热敏陶瓷是对温度变化敏感的陶瓷材料。它可分为热敏电阻、热敏电容、热电和热释电等陶瓷材料。在种类繁多的敏感元件中，热敏电阻应用最广。热敏电阻是一种电阻值随温度变化的电阻元件(或称电阻器)。

热敏电阻按阻值随温度变化不同，分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻、临界温度系数热敏电阻和线性热敏电阻四大类。阻值随温度升高而增加的电阻称正温度系数(PTC)热敏电阻，相反，则称为负温度系数(NTC)热敏电阻。阻值随温度变化呈直线的热敏电阻称线性热敏电阻，阻值随温度变化呈指数(或对数)关系的称非线性热敏电阻。在非线性热敏电阻中，有一类其阻值在一个很窄的温度范围内可变化(上升或下降)几个数量级，称为临界温度系数热敏电阻或开关型热敏电阻 。

热敏电阻主要用作电路温度补偿元件。金属氧化物制成的半导体陶瓷热敏电阻，以氧化钒为主体的玻璃热敏电阻，硅、锗单晶热敏电阻，用V₂O₃、P₂O₅、 SiO₂、BaO、SrO、CaO等氧化物合成的临界热敏电阻(CTR)和以钛酸钡为主体的正温度系数热敏电阻。近年来，随着硅元件平面工艺的成熟与集成技术的发展，出现了碳化硅单晶碳化硅薄膜热敏电阻等。