Alchemie für die Elektronik

Forscher erfinden neue Materialien als Alternative zu Gold in elektronischen Anwendungen.

Forscher der University of Connecticut zusammen mit Ingenieuren des United Technologies Research Centers haben neue Klassen von Legierungen für den Einsatz in elektonischen Schaltungen entwickelt. Dadurch könnte die Abhängigkeit von Gold und anderen teuren Metallen reduziert werden.

Auf Grund ständig steigender Goldpreise sind Elektronikhersteller weltweit auf der Suche nach Alternativen zu teuren Edelmetallen wie Gold, Platin oder Silber. Eigenschaften wie exzellente Leitfähigkeit gepaart mit geringer Korrosion und Oxidation prädestinieren diese Metalle für Anwendungen im Elektroniksektor. Deswegen ist die Suche nach preiswerten Alternativen ein wichtiges Ziel.

Die Wissenschaftler entwickelten neue Legierungen die sich ähnliche Eigenschaften wie Gold hatten, wurden sie oxidierenden Umgebungen ausgesetzt. Die Oberfläche herkömmlicher unedler Metalle würde unter solchen Bedingungen schnell unbrauchbar werden für elektronische Anwendungen.

Das Team untersuchte Nickel, Kupfer und Eisen – günstige Materialien mit weiter Verbreitung. In Ihrer Forschung untersuchten sie theoretisch und experimentell eine Methode zur Erhöhung der Kontakt-Leitfähigkeit dieser Metalle. Aus diesen Zutaten synthetisierten die Wissenschaftler verschiedene Legierungen. Oxidschichten mit höheren Leitfähigkeiten in diesen Legierungen können durch unterschiedliche Prozesse erreicht werden. Im Falle kovalenter Bindungen im Metalloxid kann der Ladungsträgertransport durch Dotieren mit den legierenden Elementen erreicht werden. Außerdem kann es beim Oxidieren der Legierungen zur Erzeugung von Mischoxiden kommen. Dann sorgen Elektronensprünge zwischen benachbarten Metallatomen unterschiedlicher Oxidationsstufen für eine verbesserte Leitfähigkeit.

Die Arbeit demonstriert Verbesserungen der Kontakt-Leitfähigkeit von einem Faktor von bis zu einer Million gegenüber den reinen Metallen. Somit sind mit einfachen Zutaten Kontakteigenschaften ähnlich derer puren Goldes möglich.

UConn / KK

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung
  M. Aindow, S. P. Alpay, Y. Liu, J. V. Mantese, B. S. Senturk: Base metal alloys with self-healing native conductive oxides for electrical contact materials, Appl. Phys. Lett. 97, 152103 (2010)
  10.1063/1.3499369