Все, что вы должны знать об электронных материалах

Описание

Спектр электронных материалов включает в себя полупроводники, проводники, диэлектрики, магнитные материалы и сверхпроводники. Каждый класс материалов обладает различными электрическими и физическими свойствами, поэтому находит свое применение в тех или иных электронных устройствах. Знание этих характеристик позволяет правильно выбрать и использовать их для достижения высокой эффективности и надежности устройства.

Распространенные типы электронных материалов

Кполупроводникам относятся кремний, германий, арсенид галлия, карбид кремния и другие; все эти материалы очень важны в микроэлектронике и вычислительной технике. Наиболее широко используется кремний благодаря его широкой доступности и отличным полупроводниковым свойствам при низкой стоимости. Арсенид галлия, несмотря на высокую стоимость, обеспечивает передовые характеристики в высокоскоростных коммуникационных устройствах и фотовольтаике благодаря эффективной подвижности электронов с прямой полосой пропускания.

Проводники - в первую очередь металлы, такие как медь, алюминий, серебро и золото, - способствуют эффективной передаче электричества внутри устройств. Медь - наиболее часто используемый металл, поскольку она является превосходным проводником электричества и относительно недорога. Алюминий, хотя он легче и дешевле меди, используется для воздушных линий электропередач и многих составных частей устройств. Золото и серебро обладают высокой электропроводностью, но стоят дорого, поэтому используются для специальных целей, например, для контактов, соединений и других важных компонентов.

К диэлектрическим материалам (изоляторам) относятся керамика, стекло, полимеры и композитные материалы, которые являются основными в электрических конденсаторах, электронных печатных платах и изолирующих слоях интегральных схем. Они предотвращают нежелательную электропроводность, защищая целостность устройства. Керамика, например глинозем и титанат бария, обладает отличной термической стабильностью в сочетании с высокими диэлектрическими постоянными и находит применение в качестве конденсаторов и изоляторов в высокочастотных приложениях.

Индукторы, трансформаторы и накопители данных основаны на магнитных материалах. Ферриты, будучи недорогими и эффективными на высоких частотах, доминируют в трансформаторах и индукторах. Магнитные сплавы, в частности пермаллой (сплав никеля и железа), обеспечивают высокую проницаемость, необходимую для электронных датчиков и магнитного экранирования.

Сверхпроводящие материалы (такие как ниобий-титановые сплавы и оксид иттрий-барий-медь, YBCO) используются в более продвинутых электронных приложениях, таких как сверхпроводящие магниты и квантовые вычислительные схемы. Их нулевое электрическое сопротивление ниже критических температур позволяет минимизировать потери энергии в магнитно-резонансных томографах и ускорителях частиц.

Сравнительная таблица материалов для электронной промышленности

Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к Stanford Advanced Materials (SAM)

Часто задаваемые вопросы

Что такое электронные материалы?

Электронные материалы - это особые виды веществ, используемых в производстве электронных элементов на основе их электрических, тепловых, магнитных или механических характеристик.

Почему кремний широко используется в электронике?

Кремния много и он недорог, а его полупроводниковые свойства достаточно стабильны, что делает его очень полезным для транзисторов, микрочипов и солнечных батарей.

Какой материал обладает самой высокой электропроводностью?

Наибольшее значение электропроводности имеет серебро, за ним следуют медь и золото, но более высокая стоимость серебра ограничивает его широкое применение.

Для каких целей используются диэлектрические материалы?

Диэлектрические материалы - это электрические изоляторы, которые предотвращают нежелательную электропроводность и позволяют конденсаторам накапливать электрический заряд.

Почему сверхпроводники нуждаются в низких температурах?

Сверхпроводники - это материалы, которые имеют нулевое электрическое сопротивление при низких температурах, что позволяет протекать в них электрическому току неограниченно долго без потери энергии.