濕敏陶瓷是指對空氣或其他氣體、液體和固體物質中水分含量敏感的陶瓷材料。即空氣中濕度的變化，或物質中水分含量的變化，能引起陶瓷材料的某些物理化學性質(如電阻率、相對介電常數等)明顯的變化，這種變化具有規律性，且穩定性、重複性和可逆性好，因而，人們可以利用這種變化規律精確地測量和控制空氣中的濕度或物質中的水分含量。
基本介紹
- 中文名：濕敏陶瓷
- 外文名：humidity sensitive ceramics
- 多用於：製造濕度測量儀器
- 特點：工藝簡單、成本較低
分類,1.電阻型濕敏陶瓷材料,2.電容型濕敏陶瓷材料,3.阻抗型濕敏陶瓷材料,濕敏機理,1.接觸晶粒的界面勢壘理論,2.質子導電理論,
分類
1.電阻型濕敏陶瓷材料
這是一類研究最多、套用最廣的濕敏陶瓷材料。典型的瓷料是MgCrzO系統，其主要晶相是MgCr2O。TiO作為摻雜改性成分。
2.電容型濕敏陶瓷材料
電容型濕度感測器是利用其電容量和濕度呈線性關係而受到重視，Al2O3膜很容易吸附水汽。多孔氧化鋁的相對介電常數為1~10，空氣的相對介電常數約等於1，水的相對介電常數約為80。可見，當水汽代替介質中孔內的空氣時，介質的相對介電常數將發生很大變化，因而引起元件的電容量變化。Al2O3膜在20世紀70年代採用厚膜技術製備，即介質是採用相對介電常數近70的陶瓷細粉印刷而成，它的感測性能較好，同時具有體積小、可靠性高、成本低、易於和其他厚膜元件.積體電路相配合等優點。近年來，隨著薄膜積體電路的套用和鍍膜技術的發展,氧化物和其他化合物也能形成鍍膜，因而研製成了薄膜型濕度感測器。電容型濕敏陶瓷材料有Al2O3、Ta2O3、Nb2O5、CaF、TaN等。
3.阻抗型濕敏陶瓷材料
當前，這種類型的濕度感測器已較少套用。感濕體是以Al2O膜為介質的阻抗元件。它是在厚為0.38 mm的高純鋁金屬板上，採用陽極氧化的方法,在鋁極表面形成Al2O3膜，再經185攝氏度、16h的熱處理而製成的。
濕敏機理
1.接觸晶粒的界面勢壘理論
由於濕敏陶瓷為多孔材料，界面接觸主要以點接觸為主，這樣使n型和p型半導體陶瓷的晶粒內部和表面正負離子所處的狀態不同。內部離子對稱包圍，而表面離子則處於未受異性離子禁止的不穩定狀態，其電子親和力發生了變化，表現為表面附近能帶上彎(n型)或下彎(p型)，在半導體陶瓷晶粒接觸處產生雙勢壘曲線，如下圖所示。由於晶粒界面勢壘的存在，晶粒界面的電阻比晶粒內部大得多。當濕敏陶瓷晶粒晶界處吸收水分子時，由於水分子是一-種強極性物質，其分子結構不對稱，在氫原子的一側具有很強的正電場，使得表面吸附的水分子可以從半導體表面吸附的O2或O中吸取電子,甚至從滿帶中直接俘獲電子。因此將引起晶粒表面電子能態的變化，從而導致晶粒表面電阻和整個元件的電阻變化。對於p型半導體，主要表現為表面俘獲電子，形成表面束縛態的負空間電荷，而在表面內層形成自由態的正電荷，該正電荷被氧的施主能級所俘獲，使氧的施主能級密度下降，使下彎的能級變平，耗盡層變薄，表面載流子密度增加，電阻率下降。
半導體的表面勢
半導體的表面勢