„Pierwiastki ziem rzadkich” występują w kilku miejscach w powszechnej elektronice.

Silne magnesy powszechnie wykorzystują pierwiastki ziem rzadkich.

Kondensatory ceramiczne również wykorzystują pierwiastki ziem rzadkich. Prawie każdy element nowoczesnego sprzętu elektronicznego będzie zawierał kondensatory ceramiczne.

Wszystkie półprzewodniki (tranzystory, diody i zbudowane z nich układy scalone) wykorzystują różne ilości pierwiastków ziem rzadkich.Czysty krzem jest sam w sobie półprzewodnikiem, ale nie wzbudza większego zainteresowania.Musi mieć określoną ilość „zanieczyszczeń” (właściwie nazywanych domieszkami), aby mogła robić fajne rzeczy, które robi.Domieszki te są celowo (i ostrożnie) wprowadzane w określonych ilościach w określone miejsca, aby krzemowe urządzenia półprzewodnikowe działały.

Rzadko (jeśli w ogóle) zobaczysz pierwiastki ziem rzadkich wymienione w arkuszu danych.Arkusze danych informują, jak działa część i jak jej używać, a nie z czego jest wykonana.

Oto kilka przykładów, w których niektóre mniej powszechne (niekoniecznie prawdziwe metale ziem rzadkich) są wykorzystywane w produkcji elektroniki: W przypadku układów scalonych:

Arsen, bor, antymon i fosfor są używane jako domieszki w procesach opartych na krzemie. Platyna i wolfram zostały użyte do kontaktów, tantal w warstwach barierowych. Zwykle dielektryki o wysokim k są używane do dielektryków bramkowych, często z użyciem czegoś takiego jak hafn lub cyrkon.

Wiele telefonów będzie korzystać ze wzmacniaczy RF i LNA opartych na bardziej egzotycznych technologiach III-V, takich jak GaAs (arsenek galu), InP (fosforan indu) itp., z których wszystkie wykorzystują również mniej powszechne elementy.

Na poziomie PCB masz komponenty, takie jak kondensatory tantalowe, które (zgadłeś) zawierają tantal. Kondensatory ceramiczne mogą wykorzystywać takie rzeczy, jak bar, magnez i palad. W warstwach barierowych czasami stosuje się lantan. Wydaje mi się również, że przypominam sobie, że gdzieś tu był używany stront, ale nie pamiętam dokładnie gdzie.

Same PCB mogą wykorzystywać palad jako warstwę barierową do złocenia w niektórych zastosowaniach.

Znajomy chemik powiedział mi kiedyś, że żadna inna branża nie wykorzystuje tak dużo (niebezpiecznych) pierwiastków i związków chemicznych niż przemysł półprzewodników.

(to nie jest wyczerpująca lista, ale tylko to, co pamiętałem z góry mojej głowy)

Wyszukiwanie w Google „pierwiastków ziem rzadkich w elektronice” dało mi dwa artykuły (zobacz referencje), w których wymieniono konkretne zastosowania tych pierwiastków w różnych zastosowaniach:

• Cerium - najliczniejszy z pierwiastków ziem rzadkich, stosowany w magnesach, elektrodach i oświetleniu łukiem węglowym, jako katalizator w
  katalizatory i do precyzyjnego polerowania szkła
• Neodym - miękki srebrzysty metal używany do tworzenia silnych magnesów trwałych do dysków komputerowych, mikrofonów i słuchawek oraz w produkcji potężnych laserów na podczerwień
• Dysprosium - jeden z najsilniej magnetycznych elementów wykorzystywanych w produkcji elektroniki, dysków komputerowych, laserów, oświetlenie i energooszczędne pojazdy
• Terbium - miękki, srebrzysty metal używany jako dodatek w magnesach ziem rzadkich, w niektórych urządzeniach elektronicznych i systemach sonarowych
• Holmium - kolejny pierwiastek ziem rzadkich o silnych właściwościach magnetycznych, stosowany w sprzęcie mikrofalowym i prętach kontroli jądrowej
• Lanthanum - wysoce reaktywny pierwiastek ziem rzadkich używany do produkcji soczewek teleskopów i szkła pochłaniającego podczerwień
• Scandium - używany do produkcji popularnych produktów konsumenckich, takich jak telewizory i lampy energooszczędne
• Yttrium - srebrzysty metal występujący w nadprzewodnikach, laserach i materiałach chirurgicznych.

References

1. https://www.jjsmanufacturing.com/blog/rare-earth-elements-electronics-manufacturing
2. https://www.bbc.com/news/world-17357863

Oprócz magnesów wymienionych w kilku odpowiedziach, metale ziem rzadkich mają pewne przejścia atomowe w bliskiej podczerwieni i świetle widzialnym, dzięki czemu są bardzo przydatne w różnych zastosowaniach!

erbium domieszkowane wzmacniacze światłowodowe są używane w długich przebiegach komunikacji światłowodowej jednomodowej. Prostsze pasywne wzmacniacze optyczne kilkakrotnie wzmacniają sygnał, aż różne mechanizmy dyspersji i zniekształcenia intermodulacyjne degradują impulsy do tego stopnia, że ​​trzeba je regenerować elektronicznie przez rzadziej rozprowadzane i bardziej złożone urządzenia.

Erb jest używany w okolicach najpopularniejszej długości fali 1,55 mikrona. W przypadku innych długości fal stosuje się inne pierwiastki ziem rzadkich, które zapewniają wzmocnienie. Zgodnie z połączonym artykułem

Wzmacniacze światłowodowe domieszkowane tulem były używane w paśmie S (1450–1490 nm) i we wzmacniaczach domieszkowanych prazeodymem w zakresie 1300 nm.

Źródło

Oryginalne zielone wskaźniki laserowe były niesamowitymi ławeczkami optycznymi! Były to lasery na ciele stałym z pompą diodową z laserem diodowym AlGaAs około 800 nm pompującym laserem krystalicznym domieszkowanym ziem rzadkich (zwykle neodymem) przy 1064 nm, którego częstotliwość została następnie podwojona przez kryształ nieliniowy stać się widocznym zielonym światłem. Obecnie wiele z nich jest wykonanych z prostszych laserów półprzewodnikowych III-V z pasmem wzbronionym w zielonym świetle.

Najczęściej stosowanym DPSSL jest zielony wskaźnik laserowy o długości fali 532 nm. Potężna (>200 mW) dioda laserowa GaAlAs o długości fali 808 nm w podczerwieni pompuje domieszkowany neodymem granat itrowo-glinowy (Nd: YAG) lub kryształ ortowanadanu itru z domieszką neodymu (Nd: YVO4), który wytwarza światło o długości fali 1064 nm z głównego przejścia widmowego jonów neodymowych. Częstotliwość tego światła jest następnie podwajana w nieliniowym procesie optycznym w krysztale KTP, wytwarzając światło o długości 532 nm. Zielone DPSSL są zwykle wydajne około 20%, chociaż niektóre lasery mogą osiągnąć nawet 35% wydajności. Innymi słowy, oczekuje się, że zielony DPSSL wykorzystujący diodę pompy 2,5 W będzie emitował około 500-900 mW światła 532 nm.

Ziemie rzadkie są również spotykane w niektórych luminoforach ze względu na ich przejścia światła widzialnego, myślę, że stare telewizory, monitory lub oscyloskopy!

Fosfor to często związki metali przejściowych lub różnego rodzaju związki metali ziem rzadkich. W luminoforach nieorganicznych te niejednorodności w strukturze kryształu powstają zwykle przez dodanie śladowych ilości domieszek, zanieczyszczeń zwanych aktywatorami. (W rzadkich przypadkach rolę zanieczyszczenia mogą odgrywać dyslokacje lub inne defekty kryształu). Długość fali emitowana przez centrum emisji zależy od samego atomu i otaczającej go struktury kryształu.

Zobacz:

• https://www.rp-photonics.com/rare_earth_doped_gain_media.html w celu uzyskania tabeli ziem rzadkich i niektórych długości fal
• Fosfor; Standard_phosphor_types dla dużej tabeli luminoforów, ich długości fal i składu chemicznego, z których niektóre mają niewielkie ilości domieszek pierwiastków ziem rzadkich (aktywatorów), co wskazuje dwukropek, np. Y3 (Al, Ga) 5O12: Ce, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb, InBO3: Tb + InBO3: Eu, BaMg2Al16O27: Eu (II) itp.

Może tak być, ponieważ pierwiastki ziem rzadkich nie są używane w elektronice zbyt często. Chociaż mogą być ważne jako domieszki, potrzebne ilości są raczej niewielkie.
(Przy okazji, pierwiastki ziem rzadkich nie są rzadkie. Występują „wszędzie”. Jednak stężenia tych materiałów są zazwyczaj bardzo małe, więc wydobycie rzadko się opłaca.)

Metale ziem rzadkich (w szczególności: neodym, samar, prazeodym, dysproz, terb, gadolin, itr) są ważne do budowy silnych magnesów elektrycznych dla maszyn o ograniczonej masie. Znajdziesz je w generatorach turbin wiatrowych, silnikach samochodów elektrycznych i wielu głośnikach.

Mogą również zmieniać właściwości optyczne i są wykorzystywane do produkcji specjalnych szkieł, wyświetlaczy ciekłokrystalicznych i laserów. Niektóre z nich są używane jako radary.

Są również używane jako katalizatory w rafineriach, jako środki kontrastowe do analiz MRT, jako materiał nadający połysk, w stopach do silników lotniczych, w akumulatorach, ...

Jeśli potrafisz czytać po niemiecku (być może używając DeepL lub GoogleTranslate): Rare Earth Elements (REE) - Vorkommen, Herstellung, Verwendung

Główne: magnesy, kondensatory, rzeczy wypluwające białe światło

Zakładając, że przez „metale ziem rzadkich” mamy na myśli lantanowce serie pierwiastków w układzie okresowym (z ukłonem w stronę itru, który czasami jest z nimi wrzucany), to rzeczywiście pierwsze miejsce natkniesz się na nie w urządzeniu elektronicznym w silnym magnesie. Chociaż jest to mniejszy problem w przypadku małej elektroniki, która może sobie poradzić z tylko kilkoma małymi magnesami trwałymi, takimi jak silnik wibracyjny i głośnik / przetwornik w smartfonie, większe urządzenia zmotoryzowane, takie jak pojazdy elektryczne i urządzenia wykorzystujące falownik napędy mogą wykorzystywać dość duże magnesy ziem rzadkich w silnikach prądu stałego lub silnikach napędzanych falownikiem.

Bardziej powszechnym, choć mniejszym, zastosowaniem jest użycie domieszek lantanowców w kondensatorach ceramicznych, co udokumentowano tutaj. Wydaje się jednak, że jest to charakterystyczne dla dielektryków klasy II (X5R / X7R).

Innymi typowymi miejscami, w których mogą je mieć, są białe diody LED, używane do oświetlania przestrzeni i podświetlania, oraz ich dziwnie spokrewnieni kuzyni świetlówek, zarówno smaki zimnej katody używane do podświetlania wyświetlaczy LCD, jak i wersje z gorącą katodą używane do bezpośredniego zastosowania oświetleniowe. W przeciwnym razie nie odgrywają żadnej roli w urządzeniach półprzewodnikowych.

Stare i nieparzyste: CRT, optyka, niektóre bity mikrofalowe i sporadycznie nadprzewodnik

Inne miejsca, w których możesz je znaleźć, to luminofory CRT w starych urządzeniach, które nadal je mają, a także w różnych zastosowaniach optycznych, takich jak lasery (Nd: YAG itd.) i nieliniowe kryształy o różnych smakach (pomyśl o wzmacniaczach optycznych lub podwajaczach częstotliwości).

Z ukłonem w stronę okazjonalnego nadprzewodnika zawierającego itr w jakimś urządzeniu do rezonansu magnetycznego przechodzimy do ostatecznego zastosowania, o którym większość ludzi kiedykolwiek usłyszy, a jest to starszy sprzęt mikrofalowy, w którym zastosowano urządzenia YIG (itr-żelazo-granat).Były one używane w niektórych funkcjach mikrofalowych (takich jak filtry), zanim opłacalne półprzewodniki i techniki płytek stały się dostępne przy tych częstotliwościach, ale lepsze podłoża PCB, techniki elementów rozproszonych opartych na PCB i urządzenia półprzewodnikowe sprawiły, że są one w dużej mierze przestarzałe.

Itr jest używany do produkcji superprzewodnika YBCO.Nie jest używany w zwykłej elektronice, ale ma wiele zastosowań i jest naprawdę fajny.