半(bàn)導體(tǐ)的導(dǎo)電(diàn)
，主要(yào)是由電(diàn)子(zǐ)和空(kōng)穴(xué)造成(chéng)的。溫(wēn)度(dù)增加
，使電子動(dòng)能(néng)增大
，造(zào)成晶體中(zhōng)自由電(diàn)子(zǐ)和(hé)空穴(xué)數目(mù)增加
，因而使(shǐ)電(diàn)導(dǎo)率升高。通常情況下電導率(shuài)與溫(wēn)度的關(guān)係(xì)為(wéi)

電(diàn)阻(zǔ)率(shuài)與溫度(dù)的(dí)關係為
 

　　式(shì)中
，B為(wéi)與材料(liào)有關(guān)的常(cháng)數(shù)
，表示材料的電(diàn)導(dǎo)活化能(néng)。某些材料(liào)的B值很大
，它在(zài)感受微(wēi)弱溫度(dù)變化時(shí)電(diàn)阻(zǔ)率(shuài)的變化十分(fēn)明(míng)顯(xiǎn)。

　　有一(yī)類(lèi)半導體(tǐ)陶瓷材料(liào)
，在(zài)特定(dìng)的(dí)溫度附近電阻率(shuài)變化顯著。如(rú)“摻雜(zá)”的(dí)BaTiO₃(添加稀(xī)土(tǔ)金屬氧化物)在其居裏點(diǎn)附近
，當(dāng)發(fā)生(shēng)相(xiāng)變時(shí)電(diàn)阻率(shuài)劇(jù)增10³~10⁶數量級。

　　利用(yòng)半導體陶瓷的電(diàn)阻值(zhí)對(duì)溫(wēn)度的敏感特(tè)性(xìng)製成(chéng)的一(yī)種對溫度(dù)敏(mǐn)感的(dí)器(qì)件
，如熱敏電阻器或(huò)熱(rè)敏(mǐn)元(yuán)件(jiàn)
，它是(shì)溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器(qì)中的一種。根據熱敏(mǐn)電(diàn)阻器(qì)的(dí)電(diàn)阻一(yī)溫度特性
，熱敏(mǐn)半導體陶(táo)瓷(cí)可分為NTC(負溫(wēn)度係數)熱敏陶瓷(cí)和PIC(正溫(wēn)度(dù)係數)熱敏陶(táo)瓷等(děng)。

(1)NTC熱(rè)敏(mǐn)陶(táo)瓷(cí)

　　此(cǐ)類陶瓷是由包括Mn，Cu，Ni，Fe等(děng)過(guò)渡(dù)金(jīn)屬氧(yǎng)化物
，按(àn)照陶(táo)瓷工藝(yì)製成的。根據配方(fāng)的不同
，主(zhǔ)要(yào)分為(wéi)二(èr)元(yuán)係Cu-Mn 係材料(liào)，Co-Mn 係材(cái)料等(děng),三元(yuán)係Mn-Co-Ni係(xì)材料，Mn-Cu-Co係(xì)材料等
，四元係(xì)Ni-Cu-Co-Fe係等材(cái)料。它們(mén)的絕大多數是(shì)具(jù)有(yǒu)尖晶(jīng)石結構的過渡金屬(shǔ)氧(yǎng)化物固溶體(tǐ)。其分子通式(shì)為(wéi)AB₂O₄
，如(rú)對Ni-Cu-Co-Fe四元係
，可表示為(wéi)(Ni1-yCuy)(Co_2-xFe_x)0₄。在尖晶石結構的(dí)晶(jīng)體(tǐ)中(zhōng)
，單(dān)位晶(jīng)胞實際(jì)上是由圖4.2-24所示的8個(gè)小立方單元(yuán)所組成
，整個晶胞共有8個A離子
，16個(gè)B離子和32個(gè)氧離(lí)子(zǐ)。小立方(fāng)單(dān)元(yuán)又(yòu)可按金屬離(lí)子位(wèi)置(zhì)的不(bù)同分(fēn)為(wéi)a型(xíng)和b型兩種不同結構(gòu)
，a，b小立(lì)方(fāng)單元的結構(gòu)於(yú)圖4.2-25所示(shì)。

圖(tú)4.2-24尖(jiān)晶石結構中組成(chéng)單位晶胞的8個(gè)小(xiǎo)立(lì)方(fāng)單元示意圖(tú)
 

圖4.2-25尖(jiān)晶石(shí)結構(gòu)中(zhōng)組(zǔ)成單(dān)位晶胞的小立方單(dān)元(yuán)結構示(shì)意圖(tú)

　　由於氧離(lí)子(zǐ)半徑比金屬(shǔ)離子(zǐ)半(bàn)徑(jìng)大(dà)得(dé)多(duō)
，因此尖(jiān)晶(jīng)石(shí)實際上是(shì)以氧離子密堆(duī)積(jī)而(ér)成(chéng)的(dí)
，金屬(shǔ)離子(zǐ)則位於氧(yǎng)離(lí)子間(jiān)隙中(zhōng)
，氧離(lí)子(zǐ)的(dí)間隙可分(fēn)為(wéi)兩類
，第(dì)yi類(lèi)間(jiān)隙為4個氧(yǎng)離子(zǐ)所包圍
，位於(yú)氧(yǎng)四(sì)麵體(tǐ)的中心(xīn)
，稱為a間(jiān)隙(xì)
，第二(èr)類(lèi)間隙為6個氧離子(zǐ)所(suǒ)包(bāo)圍
，位於八麵體的中(zhōng)心
，稱為b間隙。按A離(lí)子(zǐ)(通(tōng)常為2價(jià)金屬離子)和B離子(通常為(wéi)3價(jià)金屬離子)占(zhān)據a，b間隙的情(qíng)況不同(tóng)
，可分為正尖(jiān)晶石(shí)，反(fǎn)尖晶石和半反尖(jiān)晶石。在正尖(jiān)晶石(shí)中
，a間(jiān)隙(xì)全部為A離(lí)子(zǐ)所占(zhān)據
，b間(jiān)隙全部(bù)為(wéi)B離(lí)子所(suǒ)占(zhān)據(jù)
，其通(tōng)式(shì)為A²⁺(B³⁺)O₄^2-。在反尖(jiān)晶(jīng)石中
，a間隙(xì)全(quán)部被(bèi)B離子所(suǒ)占據
，b間(jiān)隙一半(bàn)由(yóu)A離子占據(jù)
，一半(bàn)由(yóu)B離子所占(zhān)據
，其通(tōng)式為(wéi)B³⁺(A²⁺B³⁺)O₄^2-。而(ér)半反(fǎn)尖晶石則a間(jiān)隙(xì)隻由(yóu)一部分(fēn)B離(lí)子所占(zhān)據(jù)
，其通式為(wéi)(A_1-x²⁺B_x³⁺)(A_x²⁺B_2-x³⁺)O₄^2-
，金(jīn)屬離子(zǐ)的價數
，除2，3價(jià)以外
，也(yě)可(kě)能存(cún)在2，4價(jià)等
，隻要正(zhèng)離子的總價數等於8
，滿足(zú)電中(zhōng)性條件即可。

　　這種(zhǒng)尖晶(jīng)石結(jié)構的NTC熱(rè)敏陶瓷(cí)的導電(diàn)機理目前尚未弄清(qīng)
，一般(bān)用(yòng)價(jià)鍵交換導電理論來解(jiě)釋。價(jià)鍵交換(huàn)理論認(rèn)為(wéi)：導(dǎo)致熱敏陶(táo)瓷產生(shēng)高(gāo)電(diàn)導的(dí)載流子(zǐ)來(lái)源於過(guò)渡金(jīn)屬(shǔ)3d層(céng)電子
，這些(xiē)金屬離子處(chǔ)於能量(liáng)等(děng)效的結晶(jīng)學位(wèi)置上(shàng)
，但具有不同的價(jià)鍵狀(zhuàng)態
，由於(yú)晶格(gé)能等(děng)效(xiào)
，當離(lí)子間(jiān)距(jù)較小(xiǎo)時
，通過隧道(dào)效應的作(zuò)用
，離(lí)子間可以發生電子交換
，稱為價鍵(jiàn)交換。這種電子(zǐ)交換
，電子雲有一(yī)定(dìng)的重(zhòng)迭
，在它(tā)們之間很容易(yì)發生價(jià)鍵(jiàn)交(jiāo)換。處於四(sì)麵體之間(jiān)的金(jīn)屬離子由(yóu)於(yú)離子之間的(dí)距離(lí)較(jiào)大
，電子雲重(zhòng)迭(dié)很(hěn)小(xiǎo)
，很難(nán)發生價鍵(jiàn)交換
，在四麵體與(yǔ)八麵體位置之間(jiān)的金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)
，不(bù)但晶格(gé)能不同(tóng)
，離(lí)子(zǐ)間距也大
，就(jiù)難發生(shēng)價鍵(jiàn)交(jiāo)換了(liǎo)。

　　對於正尖(jiān)晶石
，A2+離子與B3+離子處(chǔ)於不同的(dí)結(jié)晶學(xué)位置(zhì)
，由(yóu)於(yú)不(bù)同的(dí)能(néng)量(liáng)
，離子間距(jù)離也(yě)大
，顯然不可(kě)能發生電(diàn)子交(jiāo)換(huàn)。至(zhì)於八麵體之(zhī)間(jiān)按理說可發生(shēng)電(diàn)子交(jiāo)換(huàn)
，即B3++B3+→B2++B4+,但也(yě)因為(wéi)這需(xū)要較(jiào)大(dà)的激(jī)化能而難以(yǐ)實現。因(yīn)此
，正尖(jiān)晶(jīng)石(shí)材料屬(shǔ)於(yú)絕(jué)緣體
，不(bù)能(néng)用來製造NTC熱敏陶瓷。

　　對(duì)於全反(fǎn)尖晶(jīng)石(shí)
，隻需(xū)很(hěn)小的能量占據八麵體(tǐ)位置的A2+離子和B3+離子之(zhī)間
，即發生電子交(jiāo)換
，A2++B3+→A3++B2+。故(gù)全(quán)反(fǎn)尖晶石具有(yǒu)大的導(dǎo)電(diàn)率(shuài)
，如(rú)全(quán)反尖晶石(shí)Fe₃O₄的導電率σ=1-2×10²S/cm。半(bàn)反尖晶(jīng)石的導電(diàn)率介於(yú)正尖晶石與反(fǎn)尖(jiān)晶(jīng)石之間。隻有反(fǎn)尖(jiān)晶石(shí)和半反(fǎn)尖(jiān)晶石(shí)才能用來製(zhì)造NTC熱敏(mǐn)陶(táo)瓷(cí)。

　　NTC半(bàn)導(dǎo)體陶(táo)瓷熱敏電阻器的特性是(shì)多(duō)方麵的
，其應用也非(fēi)常(cháng)廣(guǎng)泛：利(lì)用阻溫特性(xìng)的(dí)
，如測(cè)溫(wēn)儀，控(kòng)溫儀(yí)和(hé)熱(rè)補(bǔ)償元(yuán)件等
；利用其伏(fú)安特(tè)性(xìng)的(dí)
，如穩壓器(qì)，限(xiàn)幅(fú)器，功率計(jì)，放(fàng)大器等(děng)
；利(lì)用其(qí)熱惰性(xìng)的
，如(rú)時(shí)間延遲器(qì)等(děng)
；利(lì)用其(qí)耗散(sàn)係(xì)數和(hé)環(huán)境介質(zhì)種(zhǒng)類(lèi)與狀(zhuàng)態的關係的
，如氣(qì)壓計，流(liú)量計(jì)，熱導(dǎo)計等。