Tutto quello che dovreste sapere sui materiali elettronici

Descrizione

Lo spettro dei materiali elettronici comprende semiconduttori, conduttori, dielettrici, materiali magnetici e superconduttori. Ogni classe di materiali offre proprietà elettriche e fisiche diverse, che trovano quindi applicazione in un particolare dispositivo elettronico. La conoscenza delle caratteristiche consente di selezionarli e utilizzarli in modo appropriato per ottenere un'elevata efficienza e affidabilità dei dispositivi.

Tipi comuni di materiali elettronici

Isemiconduttori comprendono, tra gli altri, il silicio, il germanio, l'arseniuro di gallio e il carburo di silicio; tutti questi materiali sono molto importanti nella microelettronica e nell'informatica. Il silicio è il più utilizzato grazie alla sua abbondante disponibilità e alle sue eccellenti proprietà di semiconduttore a costi inferiori. L'arseniuro di gallio, nonostante sia molto costoso, offre prestazioni avanzate nei dispositivi di comunicazione ad alta velocità e nel fotovoltaico, grazie all'efficiente mobilità degli elettroni con un bandgap diretto.

I conduttori - principalmente metalli come rame, alluminio, argento e oro - facilitano il trasferimento efficiente dell'elettricità all'interno dei dispositivi. Il rame è il metallo più utilizzato perché è un ottimo conduttore elettrico e relativamente poco costoso. L'alluminio, più leggero ed economico del rame, è utilizzato per le linee elettriche aeree e per molti componenti dei dispositivi. L'oro e l'argento sono altamente conduttivi ma costosi e quindi vengono utilizzati per scopi speciali, come contatti, connessioni e altri componenti critici.

I materiali dielettrici (isolanti) comprendono ceramiche, vetro, polimeri e materiali compositi, che sono fondamentali nei condensatori elettrici, nelle schede elettroniche e negli strati isolanti dei circuiti integrati. Impediscono la conduzione elettrica indesiderata, proteggendo l'integrità del dispositivo. Le ceramiche, come l'allumina e il titanato di bario, possiedono un'eccellente stabilità termica unita a costanti dielettriche elevate e trovano impiego come condensatori e isolanti in applicazioni ad alta frequenza.

Gli induttori, i trasformatori e la memorizzazione dei dati sono tutti basati su materiali magnetici. Le ferriti, essendo poco costose ed efficienti alle alte frequenze, dominano nei trasformatori e negli induttori. Le leghe magnetiche, in particolare la permalloy (una lega di nichel e ferro), forniscono un'elevata permeabilità necessaria nei sensori elettronici e nelle applicazioni di schermatura magnetica.

I materiali superconduttori (come le leghe di niobio-titanio e l'ossido di ittrio-bario-rame, YBCO) sono utilizzati in applicazioni elettroniche più avanzate, come i magneti superconduttori e i circuiti di calcolo quantistico. La loro resistenza elettrica nulla al di sotto delle temperature critiche consente di ridurre al minimo la perdita di energia nelle applicazioni di risonanza magnetica e acceleratori di particelle.

Tabella di confronto dei materiali per l'industria elettronica

Per maggiori dettagli, consultare il sito Stanford Advanced Materials (SAM).

Domande frequenti

Cosa sono i materiali elettronici?

I materiali elettronici si riferiscono a particolari tipi di sostanze utilizzate nella produzione di elementi elettronici in base alle loro caratteristiche elettriche, termiche, magnetiche o meccaniche.

Perché il silicio è comunemente usato in elettronica?

Il silicio è abbondante e poco costoso e le sue proprietà di semiconduttore sono abbastanza stabili da renderlo molto utile per transistor, microchip e celle solari.

Qual è il materiale con la più alta conducibilità elettrica?

Il valore della conducibilità elettrica è più alto per l'argento, seguito da rame e oro, ma il costo più elevato dell'argento ne limita l'applicazione.

Per quale scopo vengono utilizzati i materiali dielettrici?

I materiali dielettrici sono isolanti elettrici che impediscono la conduzione elettrica indesiderata e permettono ai condensatori di immagazzinare la carica elettrica.

Perché i superconduttori hanno bisogno di basse temperature?

I superconduttori sono materiali che a basse temperature presentano una resistenza elettrica pari a zero, consentendo così il flusso di corrente elettrica al loro interno per un tempo indefinito senza perdita di energia.