Sensorik/Aktorik

4.7.2 Keramiken
• Elektronen nicht wie in einem idealen Elektronengas (Beschleunigung bis zum Stoß, dadurch
mittlere Driftgeschwindigkeit), sondern wie geladene Teilchen (Diffusion aus dem gebundenen
Zustand in einen benachbarten, energetisch nahen Zustand → Leerstellendiffusion)
• kann durch Diffusion mit D = D 0 exp −E a /kT beschrieben werden
• Beweglichkeit: µ n = q/kT D n = qD 0 /kT exp(−E a /kT )
• ergibt Widerstand: R(T ) = R N exp(B(1/T − 1/T N ), T N : Thermistorkonstante
• Temperaturkoeffizienz α(T ) = −B/T 2 negativ
– durch Beimengung isolierender Keramiken einstellbar
– zehnmal höher als bei Metallschichten, nach Langzeittemperung sehr langzeitstabil
Herstellung und Bauformen
• Nach Abwiegen und Mischen der hochreinen Rohstoffe Verglühen
• Zerkleinern, Mahlen und Formgebung
• Sintern, Kontaktieren und Nachbehandlung (Alterung)
• AVT: Einschmelzen in Weich- oder Hartglas
• Anschlußdrähte mit einschmelzbar
• bis zu 100 µm dünn oder als Scheiben, Stäbe, . . .
Besonderheiten beim Betrieb
• Eigenerwärmung ∆T = P R th = UI/G th
• Also ergibt sich eine veränderte Temperaturkennlinie (linear?) von
R(T ) = G th(T − T u )
I 2 0
=
U 2 0
G th (T − T u )
(6)
• Durch den NTC kann es zum Durchschalten des Thermistors kommen, d.h. der Strom wächst
beliebig an, da der Widerstand immer kleiner wird (im Spannungsbetrieb)
4.7.3 Dünnschicht-Thermistoren
• Reproduzierbarkeit bei oxidischen Halbleitern begrenzt → Dünnschichttechnik
• Aufdampfen von Germanium → amorph, nicht einkristallin
→ Zerstörung der Fernordnung
→ Keine Bandlücke mehr (nicht verschwindende Zustandsdichte), dafür eine Beweglichkeitslücke
• große Bandfluktuationen (Hügelstruktur, S. 81) durch dangling bonds
niedrige Temperaturen: Stromtransport durch von den dangling bonds erzeugte Fehlstellen am
Fermi-Niveau, T −1/4 -Gesetz
mittlere Temperaturen: Hopping im Bandausläufer
hohe Temperaturen: Bandleitung (Leitungsband)
Linearisierung: Parallelschaltung (Stromquelle) oder Serielschalten (Spannungsquelle) eines Widerstands,
so daß ∂
∂T
α = 0; Nachteil: Verkleinerung der Empfindlichkeit
• Anwendung: Medizin, Biologie, Spannungsstabilisierung
4.8 Kaltleiter (PTC)
• ferroelektrische Materialien (Bariumtitanat) mit Perovskitstruktur
• dadurch asymetrische Konfiguration → permanente Dipole (Polarisation), so daß die Energie
durch elektrische Felder minimiert wird
• dadurch Oberflächenladungen an den Korngrenzen; zusätzliche Korngrenzenladungen werden
kompensiert
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