Egykristály

Az egykristály vagy más néven monokristály egy folytonos rácsszerkezetű kristály, amelyben az atomok szabályos geometriai rendben helyezkednek el. Az ideális egykristályban nincsenek rácshibák, diszlokációk.

A rácshibák nélküli egykristályoknak egyedülálló tulajdonságaik vannak, különösen elektromos, mechanikai és optikai szempontból. E tulajdonságok – a kristály szerkezetétől függően – lehetnek anizotrópok is, és ezeket a kristályrácsba beépített idegen atomok (szennyezett kristály) is befolyásolják.

A természetben ritka az egykristályok előfordulása. Ennek oka az entrópikus hatás miatt kialakuló inhomogenitások, szennyezések, rácshibák. Laboratóriumban nem könnyű feladat előállítani egykristályt, de elvégezhető megfelelő ellenőrzés mellett. A természetben több nagy méretű, nem teljesen tiszta kristály található (berill, gipsz, földpátok stb.), néha többméteres méretben. Egykristályt is találtak már nagy méretben^[1]

Az egykristály ellentéte az amorf (formátlan) szerkezet. Itt a szilárd anyag olyan gyorsan alakult ki (általában egy magmás kőzetben lehűlve), hogy nem tudott kialakulni a kristályszerkezet.

Az egykristályok és az amorf szerkezet közé esik a polikristály, amely mikroszkopikus egykristály darabkákból felépült kristály. A krisztallithatárokon igen gyakran idegen anyagok helyezkednek el. A polikristályos szerkezetű anyag tulajdonságai eltérnek az egykristályos szerkezetűétől. Félvezető eszközök készítéséhez nem alkalmazható.

A parakristály szerkezetében rövid és középhosszúságú kristályszerkezetek váltják egymást.

Felhasználás

Félvezető ipar

A szilícium és kisebb részben a germánium egykristály a legáltalánosabban használt alapanyag a félvezető iparban. A félvezető eszközök készítéséhez felhasznált kristályok általában egykristályos szerkezetűek. E kristályok tulajdonságait a kristályrácsba beépített idegen atomok (szennyezett kristály) befolyásolják. A szubsztitúciósan beépült atomok elsősorban az elektromos vezetési tulajdonságokat módosítják, míg az intersztíciósan beépült szennyezők a szabad töltéshordozók élettartamát csökkentik (szubsztitúciós és intersztíciós beépülés). A beépített szennyező anyagokkal jól befolyásolhatók a félvezető tulajdonságai. A mikroprocesszor gyártás során egyre nagyobb egykristályokat fejlesztettek ki.

Optika

Lézerek készítésénél és a nemlineáris optikában használatosak az egykristályok (például: zafír stb.). Fluorit egykristályt használnak apokramát refraktorok objektívlencséinél.

Anyagmegmunkálás

Egykristályokat használnak nagyszilárdságú anyagok megmunkálásánál, mint például turbina lapátoknál.^[2] Itt a rácshibák hiánya miatt igen nagy szilárdság jöhet létre.

Elektromos vezetők

Az egykristályos réznek jobb a vezetőképessége, mint a polikristályosé.[2] Ipari méretekben nem gyártanak egykristályos rézvezetőket, de a technológia rendelkezésre áll. Kisebb hosszúságú alkalmazásoknál előállítanak ilyen rézvezetőket.^[3]

Kutatás

Egykristályokkal könnyebb anyagtechnológiai kutatásokat/vizsgálatokat végezni, mint például a röntgendiffrakció vagy a héliumatom szórásának a vizsgálatánál. Ilyen speciális célkora egykristályokat növesztenek, míg általános célokra elegendő a polikristályos kivitel is.

Előállítása

Az egykristályok előállítása lassú folyamat és igen drága berendezéseket igényel a nagy tisztaság és az állandó felügyelet miatt. Speciális technikákkal nagy egykristályok állítható elő. Ilyen eljárások a Czochralski eljárás és a Bridgman technika. Más eljárások is ismeretesek, függően a végtermék tulajdonságaitól. Ilyenek a hidrotermikus szintézis, a szublimáció vagy egy egyszerű oldat-alapú kristályosítás.

Epitaxiális eljárással is lehet egykristályokat növeszteni.^[4] A növesztett réteg (epitaxiális réteg) úgy épül fel a hordozó felületén, hogy annak kristályszerkezetét követi, az egykristályos hordozón egykristályos epitaxiális réteg keletkezik. Ha a hordozó és a növesztett réteg azonos anyagú, homoepitaxia, ha különböző anyagú, heteroepitaxia az eljárás neve. Az eljárás a félvezetőiparban elterjedt.

Külső hivatkozások

Források

↑ http://www.johnbetts-fineminerals.com/jhbnyc/articles/bigxls.htm
↑ Crown jewels - These crystals are the gems of turbine efficiency Archiválva 2010. március 25-i dátummal a Wayback Machine-ben Article on single crystal turbine blades memagazine.com
↑ Cho, Yong Chan, Seunghun Lee, Muhammad Ajmal, Won-Kyung Kim, Chae Ryong Cho, Se-Young Jeong, Jeung Hun Park, Sang Eon Park, Sungkyun Park, Hyuk-Kyu Pak, and Hyoung Chan Kim (2010. március 22.). „Copper Better than Silver: Electrical Resistivity of the Grain-Free Single-Crystal Copper Wire”. Crystal Growth & Design 10, 2780–2784. o. DOI:10.1021/cg1003808. (Hozzáférés: 2011. június 1.)
↑ http://www.kislexikon.hu/epitaxialis_kristalynovesztes.html ^{[Tiltott forrás?]}

[1] ttp://www.johnbetts-fineminerals.com/jhbnyc/articles/bigxls.htm

[turb-2] Crown jewels - These crystals are the gems of turbine efficiency Archiválva 2010. március 25-i dátummal a Wayback Machine-ben Article on single crystal turbine blades memagazine.com

[Cho-3] Cho, Yong Chan, Seunghun Lee, Muhammad Ajmal, Won-Kyung Kim, Chae Ryong Cho, Se-Young Jeong, Jeung Hun Park, Sang Eon Park, Sungkyun Park, Hyuk-Kyu Pak, and Hyoung Chan Kim (2010. március 22.). „Copper Better than Silver: Electrical Resistivity of the Grain-Free Single-Crystal Copper Wire”. Crystal Growth & Design 10, 2780–2784. o. DOI:10.1021/cg1003808. (Hozzáférés: 2011. június 1.)

[4] ttp://www.kislexikon.hu/epitaxialis_kristalynovesztes.html ^{[Tiltott forrás?]}

[1]

[2]

[3]

[4]