Laidus keramika

Laidus keramika, pažangios pramoninės medžiagos, kurios dėl savo struktūros pokyčių tarnauja kaip elektros laidininkai.

Be gerai žinomų keraminių medžiagų fizikinių savybių - kietumo, atsparumo gniuždymui, trapumo - yra ir elektrinis atsparumas. Dauguma keramikos gaminių priešinasi elektros srovės tekėjimui, todėl keramikos medžiagos, tokios kaip porcelianas, tradiciškai buvo gaminamos į elektros izoliatorius. Tačiau kai kuri keramika yra puikus elektros laidininkas. Dauguma šių laidininkų yra pažangi keramika, modernios medžiagos, kurių savybės keičiamos tiksliai kontroliuojant jų gamybą iš miltelių į gaminius. Pažangiosios keramikos savybės ir gamyba aprašytos straipsnyje Pažangi keramika. Šiame straipsnyje apžvelgiamos kelių elektrai laidžių pažangių keramikų savybės ir taikymo būdai.

Atsparumo priežastys daugumoje keramikos gaminių aprašytos keramikos sudėtyje ir savybėse. Šiame straipsnyje trumpai galima paaiškinti keramikos laidumo kilmę. Elektros laidumas keramikoje, kaip ir daugumoje medžiagų, yra dviejų tipų: elektroninis ir joninis. Elektroninis laidumas yra laisvųjų elektronų praėjimas per medžiagą. Keramikoje jonų jungtys, laikančios atomus kartu, neleidžia laisvų elektronų. Tačiau kai kuriais atvejais į medžiagą gali būti įtrauktos skirtingo valentingumo priemaišos (tai yra, turinčios skirtingą rišamųjų elektronų skaičių), ir šios priemaišos gali veikti kaip elektronų donorai ar akceptoriai. Kitais atvejais gali būti įtraukti pereinamieji metalai arba skirtingo valentingumo retųjų žemių elementai; šios priemaišos gali veikti kaip poliarų centrai - elektronų rūšys, kurios, judėdamos iš atomo į atomą, sukuria mažus vietinės poliarizacijos regionus. Elektroniniu būdu laidi keramika naudojama kaip varžai, elektrodai ir kaitinimo elementai.

Jonų laidumą sudaro jonų (teigiamo ar neigiamo krūvio atomų) pernešimas iš vienos vietos į kitą taško defektų, vadinamų laisvomis vietomis kristalų tinklelyje, pernešimui. Esant normaliai aplinkos temperatūrai, jonų šuolis vyksta labai mažai, nes atomų energijos būsena yra palyginti maža. Tačiau esant aukštai temperatūrai laisvos vietos tampa judrios, o kai kurioms keramikoms būdingas greitas joninis laidumas. Ši keramika ypač naudinga dujų davikliuose, kuro elementuose ir baterijose.

Storosios ir plonosios plėvelės varžai ir elektrodai

Semimetaliniai keramikos laidininkai turi aukščiausią laidumą tarp visų keramikų, išskyrus superlaidžias (aprašyta žemiau). Semimetalinės keramikos pavyzdžiai yra švino oksidas (PbO), rutenio dioksidas (RuO ₂), bismuto rutenatas (Bi ₂ Ru ₂ O ₇) ir bismuto iridatas (Bi ₂ Ir ₂ O ₇). Kaip ir metalai, šios medžiagos turi persidengiančias elektronų energijos juostas, todėl yra puikūs elektronų laidininkai. Jie naudojami kaip „rašalas“ ekrano spausdinimo rezistoriams į storosios plėvelės mikroschemas. Rašalai yra pulverizuoto laidininko ir glazūros dalelės, išsklaidytos tinkamose organinėse medžiagose, kurios suteikia šilkografijai būtinas tėkmės savybes. Kai šaudoma, organinės medžiagos išdega, nes glazūros suyra. Kintant laidininko dalelių kiekiui, įmanoma sukurti didelius storų plėvelių atsparumo pokyčius.

Keramika, pagrįsta indio oksido (₂ O ₃) ir alavo oksido (SnO ₂) mišiniais, elektronikos pramonėje vadinama indžio alavo oksidu (ITO), yra išskirtiniai elektroniniai laidininkai, be to, jie turi papildomą privalumą - yra optiškai skaidrūs.. Laidumas ir skaidrumas atsiranda derinant didelį juostos tarpą ir įtraukiant pakankamai elektronų donorų. Taigi yra optimali elektronų koncentracija, kad būtų maksimaliai padidintas elektroninis laidumas ir optinis perdavimas. ITO mano, kad platus pritaikymas yra ploni skaidrūs saulės elementų ir skystųjų kristalų ekranų, tokių kaip nešiojamųjų kompiuterių ekranuose, elektrodai. ITO taip pat naudojamas kaip plonasluoksnis rezistorius integrinėse grandinėse. Šioms reikmėms jis naudojamas standartiniu plonų plėvelių nusodinimo ir fotolitografijos metodais.