Kristallzucht

Kristallzucht bezeichnet das kontrollierte Wachstum von Kristallen aus einer Lösung, einer Schmelze oder durch eine Gasphase. Ziel ist es, makroskopisch erkennbare Kristalle mit definierter Struktur sowie geringer Fehlordnungen und hoher Reinheit zu erzeugen. Die Praxis findet Anwendung in Wissenschaft, Technik, Bildung und Industrie.

Historisch entwickelte sich das Verständnis der Kristallbildung im 18. und 19. Jahrhundert; im 20. Jahrhundert wurden industrielle Verfahren zur Herstellung großer Einkristalle etabliert. Bedeutende Methoden sind das Czochralski-Verfahren, das Bridgman-Stockbarger-Verfahren und weitere Techniken zur Wachstumssteuerung, die je nach Material unterschiedliche Formen annehmen.

Es gibt drei Grundarten des Kristallwachstums. Lösungswachstum entsteht, wenn Substanzen aus einer über-sättigten Lösung durch Verdunstung oder Abkühlung kristallisieren; oft kommen Seed-Kristalle zum Einsatz. Schmelzwachstum erfolgt aus einer geschmolzenen Substanz, die langsam abgekühlt oder durch Ziehen zu einem Einkristall geführt wird. Dampfphasengrowth nutzt Dampf, der Kristalle durch chemische Dampfabscheidung (CVD) oder andere Verdampfungsverfahren wachsen lässt.

Typische Materialien reichen von einfachen Salzen wie Natriumchlorid bis zu Quarz (SiO2) und Saphir (Al2O3); Zinkoxid (ZnO) ist ein weiterer häufig wachsender Kristall. Halbleiterkristalle wie Silizium (Si) und Galliumarsenid (GaAs) sind zentral für Elektronik; Diamantkristalle werden durch HPHT oder CVD hergestellt.

Anwendungen finden sich in Elektronik, Optik, Lasertechnik, Sensorik sowie in der Grundlagenforschung. Wichtige Qualitätsgrößen sind Reinheit, Kristallfehler und die Kontrollierbarkeit von Wachstumsparametern wie Temperaturgradient und Übersättigung.