Egykristály

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Félvezető ipar[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szintetikus kvarc egykristály


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

Anyagmegmunkálás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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

Elektromos vezetők[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. http://www.johnbetts-fineminerals.com/jhbnyc/articles/bigxls.htm
  2. Crown jewels - These crystals are the gems of turbine efficiency Article on single crystal turbine blades memagazine.com
  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 ideje: 2011. június 1.  
  4. http://www.kislexikon.hu/epitaxialis_kristalynovesztes.html