Monokristallinen

Monokristallinen tarkoittaa materiaalia, joka koostuu yhdestä jatkuvasta kiteestä, jonka säännöllinen kiteinen rakenne ulottuu kappaleen läpi. Tällöin kappaleessa on hyvin vähän tai ei lainkaan kiteen raja-alueita, toisin kuin monikiteisissä materiaaleissa, joissa kappale koostuu useista pienistä kiteistä.

Yleisin esimerkki on monokristallinen pi (Si). Sitä käytetään laajasti elektroniikassa, kuten integroiduissa piireissä ja siruissa, sekä fotovoltaikassa, jossa se toimii aurinkokennojen perusmateriaalina.

Valmistus: monokristallisen piin kasvatus tapahtuu käytännössä kiteen kasvatusmenetelmillä kuten Czochralski (CZ) ja float-zone (FZ). Näin muodostetaan suuri yksittäinen kiteinen kappale, jota kutsutaan bouleksi, ja josta leikataan ohuita puolijohdekiekkoja (wafereita).

Etuna on kiteen rajojen vähäisyys, mikä parantaa elektronien liikkuvuutta ja vähentää häviöitä. Tämä voi johtaa korkeampiin sähköisiin suorituskykyihin ja suurempiin konversiotehoihin fotovoalikaikassa verrattuna joihinkin monikiteisiin vaihtoehtoihin. Rajoituksia ovat tuotantokustannukset ja prosessien monimutkaisuus; monokristallisen piin kasvatus vaatii tarkkaa lämpötilan ja ympäristön hallintaa.

Monokristallisia materiaaleja käytetään sekä elektroniikassa että fotovoltaikassa, ja niitä hyödynnetään myös muissa teollisuudenaloissa, joissa kiteen yksittäinen rakenne tarjoaa etuja johtavuudessa, läpäisevyydessä tai optisissa ominaisuuksissa. Verrokkina polykrystalline-materiaaleilla on yleensä halvempia tuotantoprosesseja mutta suuremmat kiteen rajojen aiheuttamat häviöt.