Tout ce que vous devez savoir sur les matériaux électroniques

Description des matériaux électroniques

L'éventail des matériaux électroniques comprend les semi-conducteurs, les conducteurs, les diélectriques, les matériaux magnétiques et les supraconducteurs. Chaque classe de matériaux présente des propriétés électriques et physiques différentes, d'où son application dans un dispositif électronique particulier. La connaissance des caractéristiques permet de les sélectionner et de les utiliser correctement afin d'obtenir une efficacité et une fiabilité élevées des appareils.

Types courants de matériaux électroniques

Lessemi-conducteurs comprennent, entre autres, le silicium, le germanium, l'arséniure de gallium et le carbure de silicium ; tous ces matériaux sont très importants pour la microélectronique et l'informatique. Le silicium est le plus utilisé en raison de son abondance et de ses excellentes propriétés semi-conductrices à moindre coût. L'arséniure de gallium, bien que très coûteux, offre des performances avancées dans les gadgets de communication à haut débit et dans l'industrie photovoltaïque grâce à une mobilité efficace des électrons et à une bande interdite directe.

Les conducteurs - principalement des métaux tels que le cuivre, l'aluminium, l'argent et l'or - facilitent le transfert efficace de l'électricité dans les dispositifs. Le cuivre est le métal le plus fréquemment utilisé parce qu'il est un excellent conducteur électrique et qu'il est relativement bon marché. L'aluminium, plus léger et moins cher que le cuivre, est utilisé pour les lignes électriques aériennes et de nombreux composants d'appareils. L'or et l'argent sont très conducteurs mais chers et sont donc utilisés à des fins spéciales, telles que les contacts, les connexions et d'autres composants critiques.

Les matériaux diélectriques (isolants) comprennent les céramiques, le verre, les polymères et les matériaux composites, qui sont à la base des condensateurs électriques, des cartes de circuits électroniques et des couches isolantes dans les circuits intégrés. Ils empêchent la conduction électrique indésirable, protégeant ainsi l'intégrité de l'appareil. Les céramiques, comme l'alumine et le titanate de baryum, possèdent une excellente stabilité thermique associée à des constantes diélectriques élevées et sont utilisées comme condensateurs et isolants dans les applications à haute fréquence.

Les inducteurs, les transformateurs et le stockage de données sont tous basés sur des matériaux magnétiques. Les ferrites, peu coûteuses et efficaces à haute fréquence, dominent dans les transformateurs et les inducteurs. Les alliages magnétiques, en particulier le permalloy (un alliage de nickel et de fer), offrent la perméabilité élevée nécessaire aux capteurs électroniques et aux applications de blindage magnétique.

Les matériaux supraconducteurs (tels que les alliages niobium-titane et l'oxyde d'yttrium-baryum-cuivre, YBCO) sont utilisés dans des applications électroniques plus avancées, telles que les aimants supraconducteurs et les circuits d'informatique quantique. Leur résistance électrique nulle en dessous des températures critiques permet de minimiser la perte d'énergie dans les applications d'IRM et d'accélérateurs de particules.

Tableau de comparaison des matériaux pour l'industrie électronique

Pour plus de détails, veuillez vous référer à Stanford Advanced Materials (SAM)

Questions fréquemment posées

Que sont les matériaux électroniques ?

Les matériaux électroniques désignent des types particuliers de substances utilisées dans la production d'éléments électroniques en fonction de leurs caractéristiques électriques, thermiques, magnétiques ou mécaniques.

Pourquoi le silicium est-il couramment utilisé en électronique ?

Le silicium est abondant et peu coûteux, et ses propriétés semi-conductrices sont suffisamment stables pour le rendre très utile pour les transistors, les micropuces et les cellules solaires.

Quel matériau a la conductivité électrique la plus élevée ?

La valeur de la conductivité électrique est la plus élevée pour l'argent, suivi du cuivre et de l'or, mais le coût plus élevé de l'argent limite sa large application.

À quoi servent les matériaux diélectriques ?

Les matériaux diélectriques sont des isolants électriques qui empêchent la conduction électrique indésirable et permettent aux condensateurs de stocker la charge électrique.

Pourquoi les supraconducteurs ont-ils besoin de basses températures ?

Les supraconducteurs sont des matériaux dont la résistance électrique est nulle à basse température, ce qui permet au courant électrique de circuler indéfiniment en leur sein sans perte d'énergie.