Alles, was Sie über elektronische Materialien wissen sollten

Beschreibung

Das Spektrum der elektronischen Materialien umfasst Halbleiter, Leiter, Dielektrika, magnetische Materialien und Supraleiter. Jede Materialklasse bietet unterschiedliche elektrische und physikalische Eigenschaften und findet daher in einem bestimmten elektronischen Gerät Anwendung. Die Kenntnis der Eigenschaften ermöglicht die richtige Auswahl und Nutzung der Materialien, um eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit der Geräte zu erreichen.

Gängige Arten von elektronischen Materialien

Zu denHalbleitern gehören u. a. Silizium, Germanium, Galliumarsenid und Siliziumkarbid; alle diese Materialien sind für die Mikroelektronik und die Datenverarbeitung sehr wichtig. Silizium wird aufgrund seiner großen Verfügbarkeit und seiner hervorragenden Halbleitereigenschaften bei niedrigen Kosten am häufigsten verwendet. Galliumarsenid ist zwar sehr teuer, bietet aber aufgrund seiner effizienten Elektronenbeweglichkeit mit direkter Bandlücke fortschrittliche Leistungen in Hochgeschwindigkeitskommunikationsgeräten und in der Fotovoltaik.

Leiter - in erster Linie Metalle wie Kupfer, Aluminium, Silber und Gold - erleichtern die effiziente Übertragung von Elektrizität in Geräten. Kupfer ist das am häufigsten verwendete Metall, weil es ein hervorragender elektrischer Leiter und relativ preiswert ist. Aluminium ist zwar leichter und billiger als Kupfer, wird aber für Freileitungen und viele Bauteile von Geräten verwendet. Gold und Silber sind hoch leitfähig, aber teuer und werden daher für besondere Zwecke verwendet, z. B. für Kontakte, Verbindungen und andere kritische Komponenten.

Bei den dielektrischen Materialien (Isolatoren) handelt es sich um Keramik, Glas, Polymere und Verbundwerkstoffe, die in elektrischen Kondensatoren, elektronischen Leiterplatten und Isolierschichten in integrierten Schaltkreisen zum Einsatz kommen. Sie verhindern unerwünschte elektrische Leitfähigkeit und schützen so die Integrität der Geräte. Keramiken wie Aluminiumoxid und Bariumtitanat besitzen eine ausgezeichnete thermische Stabilität und eine hohe Dielektrizitätskonstante und werden als Kondensatoren und Isolatoren in Hochfrequenzanwendungen eingesetzt.

Induktoren, Transformatoren und Datenspeicher basieren alle auf magnetischen Materialien. Da Ferrite kostengünstig und bei hohen Frequenzen effizient sind, dominieren sie in Transformatoren und Induktoren. Magnetische Legierungen, insbesondere Permalloy (eine Nickel-Eisen-Legierung), bieten eine hohe Permeabilität, die für elektronische Sensoren und magnetische Abschirmungsanwendungen erforderlich ist.

Supraleitende Materialien (wie Niob-Titan-Legierungen und Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, YBCO) werden in fortschrittlicheren elektronischen Anwendungen wie supraleitenden Magneten und Quantencomputerschaltungen eingesetzt. Da ihr elektrischer Widerstand unterhalb kritischer Temperaturen gleich Null ist, wird der Energieverlust bei MRT- und Teilchenbeschleunigeranwendungen minimiert.

Materialvergleichstabelle für die Elektronikindustrie

Weitere Einzelheiten finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM)

Häufig gestellte Fragen

Was sind elektronische Materialien?

Elektronische Materialien beziehen sich auf spezielle Arten von Substanzen, die aufgrund ihrer elektrischen, thermischen, magnetischen oder mechanischen Eigenschaften bei der Herstellung von elektronischen Elementen verwendet werden.

Warum wird in der Elektronik häufig Silizium verwendet?

Silizium ist reichlich vorhanden und preiswert, und seine Halbleitereigenschaften sind stabil genug, um es für Transistoren, Mikrochips und Solarzellen sehr nützlich zu machen.

Welches Material hat die höchste elektrische Leitfähigkeit?

Der Wert der elektrischen Leitfähigkeit ist bei Silber am höchsten, gefolgt von Kupfer und Gold, aber die höheren Kosten von Silber schränken seine breite Anwendung ein.

Zu welchem Zweck werden dielektrische Materialien verwendet?

Dielektrische Materialien sind elektrische Isolatoren, die unerwünschte elektrische Leitfähigkeit verhindern und Kondensatoren die Speicherung elektrischer Ladung ermöglichen.

Warum brauchen Supraleiter niedrige Temperaturen?

Supraleiter sind Materialien, die bei niedrigen Temperaturen einen elektrischen Widerstand von Null aufweisen, so dass der elektrische Strom in ihnen unbegrenzt ohne Energieverlust fließen kann.