Egykristály

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search

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]

Félvezető ipar[szerkesztés]

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]

Szintetikus kvarc egykristály

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

Anyagmegmunkálás[szerkesztés]

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

Elektromos vezetők[szerkesztés]

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]

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]

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]

Források[szerkesztés]

  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