كل ما يجب أن تعرفه عن المواد الإلكترونية

الوصف

يشمل طيف المواد الإلكترونية أشباه الموصلات، والموصلات، والمواد العازلة، والمواد المغناطيسية، والمواد فائقة التوصيل. تقدم كل فئة من المواد خواص كهربائية وفيزيائية مختلفة، ومن ثم تجد تطبيقاتها في جهاز إلكتروني معين. تتيح معرفة خصائصها إمكانية اختيارها واستخدامها بشكل صحيح من أجل تحقيق كفاءة وموثوقية عالية للجهاز.

الأنواع الشائعة من المواد الإلكترونية

تشمل أشباه الموصّلات السيليكون والجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم وكربيد السيليكون وغيرها؛ وجميع هذه المواد مهمة جداً في الإلكترونيات الدقيقة والحوسبة. السيليكون هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع نظرًا لتوافره الوفير وخصائصه الممتازة لأشباه الموصلات بتكاليف أقل. ويوفر زرنيخيد الغاليوم، على الرغم من تكلفته العالية، أداءً متقدمًا في أدوات الاتصالات عالية السرعة والخلايا الكهروضوئية بسبب كفاءة حركة الإلكترونات مع وجود فجوة نطاق مباشرة.

تعمل الموصلات - وهي معادنفي المقام الأول مثل النحاس والألومنيوم والفضة والذهب - على تسهيل النقل الفعال للكهرباء داخل الأجهزة. النحاس هو المعدن الأكثر استخدامًا لأنه موصل كهربائي متميز وغير مكلف نسبيًا. ويُستخدم الألومنيوم، رغم أنه أخف وزنًا وأرخص ثمنًا من النحاس، في خطوط الطاقة العلوية والعديد من الأجزاء المكوِّنة للأجهزة. أما الذهب والفضة فهما موصلان عاليان للكهرباء لكنهما غاليان وبالتالي يستخدمان لأغراض خاصة، مثل الملامسات والتوصيلات والمكونات الحرجة الأخرى.

أما المواد العازلة (العوازل) فتشمل السيراميك والزجاج والبوليمرات والمواد المركبة، وهي مواد أساسية في المكثفات الكهربائية ولوحات الدوائر الإلكترونية والطبقات العازلة داخل الدوائر المتكاملة. وهي تمنع التوصيل الكهربائي غير المرغوب فيه، وتحمي سلامة الجهاز. تمتلك السيراميك، مثل الألومينا وتيتانات الباريوم، ثباتًا حراريًا ممتازًا مقترنًا بثوابت عازلة عالية، وتستخدم كمكثفات وعوازل في التطبيقات عالية التردد.

تعتمد المحاثات والمحولات وتخزين البيانات على المواد المغناطيسية . وتهيمن الفريت، كونها غير مكلفة وفعالة في الترددات العالية، على المحولات والمحثات. وتوفر السبائك المغناطيسية، خاصةً سبيكة البيرمالوي (سبيكة النيكل والحديد)، نفاذية عالية ضرورية في أجهزة الاستشعار الإلكترونية وتطبيقات التدريع المغناطيسي.

تُستخدم المواد فائقة التوصيل (مثل سبائك النيوبيوم-التيتانيوم وأكسيد الإيتريوم-الباريوم-النحاس YBCO) في التطبيقات الإلكترونية الأكثر تقدمًا، مثل المغناطيس فائق التوصيل ودوائر الحوسبة الكمية. وتوفر مقاومتها الكهربائية الصفرية تحت درجات الحرارة الحرجة الحد من فقدان الطاقة في تطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي ومسرعات الجسيمات.

جدول مقارنة المواد للصناعة الإلكترونية

لمزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى Stanford Advanced Materials (SAM)

الأسئلة المتداولة

ما هي المواد الإلكترونية؟

تشير المواد الإلكترونية إلى أنواع خاصة من المواد المستخدمة في إنتاج العناصر الإلكترونية بناءً على خصائصها الكهربائية أو الحرارية أو المغناطيسية أو الميكانيكية.

لماذا يشيع استخدام السيليكون في الإلكترونيات؟

السيليكون متوفر بكثرة وغير مكلف، وخصائصه شبه الموصلة مستقرة بما يكفي لجعله مفيدًا جدًا للترانزستورات والرقائق الدقيقة والخلايا الشمسية.

ما المادة التي لها أعلى توصيلية كهربية؟

تبلغ قيمة التوصيلية الكهربية أعلى قيمة للفضة، يليها النحاس والذهب، لكن ارتفاع تكلفة الفضة يحد من استخدامها على نطاق واسع.

لأي غرض تُستخدم المواد العازلة للكهرباء؟

المواد العازلة هي عوازل كهربائية تمنع التوصيل الكهربائي غير المرغوب فيه وتسمح للمكثفات بتخزين الشحنات الكهربائية.

لماذا تحتاج الموصلات الفائقة إلى درجات حرارة منخفضة؟

الموصلات الفائقة هي مواد ذات مقاومة كهربائية صفرية تحت درجات حرارة منخفضة، مما يتيح تدفق التيار الكهربائي داخلها إلى أجل غير مسمى دون فقدان الطاقة.