Enkelkristalline

Enkelkristalline materialen, ook wel monokristallen genoemd, bestaan uit één kristallijne structuur zonder kristalgrenzen. Het kristalrooster loopt door het hele voorwerp en er zijn geen onderlinge kristalgrenzen. Deze eenheid zorgt voor uniforme eigenschappen over het hele materiaal en maakt de respons anisotroop, dat wil zeggen richtingafhankelijk. Door de afwezigheid van kristalgrenzen hebben enkelkristalline materialen doorgaans minder verstrooiing van ladingdragers en licht, wat in vele toepassingen tot betere prestaties leidt. Ze zijn echter meestal duurder om te produceren dan polycristallijne materialen.

Groei en fabricage: enkelkristalline materialen worden meestal gemaakt via groeiprocessen uit een vloeistof of uit een dampfase. Bij groeiprocessen uit een smelt komen onder meer de Czochralski-methode en het Bridgman-Stockbarger-proces veel voor; bij floating-zone wordt een kristal gegroeid zonder contact met een crucible, wat de zuiverheid bevordert. Uit oplossingen wordt hydrothermale groei toegepast voor oxidekristallen zoals kwarts en saffier en fluxgroei voor edelstenen. Dampfasegroei, bijvoorbeeld chemische damptransport (CVT), wordt toegepast voor halfgeleiders als GaAs en GaN. Ook zone refining wordt gebruikt om de zuiverheid te verhogen voorafgaand aan de groeistap.

Toepassingen: monokristalline siliciumwafers vormen de basis van de meeste elektronische chips en de meeste commerciële zonnecellen. Andere monokristallijne halfgeleiders zoals GaAs en InP worden gebruikt in opto-elektronica, lasers en hoogfrequente elektronica. In de optiek en sieradenwereld worden kristallen zoals saffier (Al2O3), diamant en robijn veel gebruikt vanwege hun orde en heldere eigenschappen.

Beperkingen: de productie vereist strikte controles en is duurder dan die van polycristallijne materialen; grootte van gegroeide kristallen kan beperkt zijn; anisotropie vereist specifieke verwerking en dopings. Dankzij hun unieke eigenschappen blijven enkelkristalline materialen cruciaal voor high-end toepassingen.