einkristallinen

Einkristallinen, eli yksikristallinen, tarkoittaa kiinteää ainetta, jonka kiteinen rakenne on laajasti jatkuva ja homogeeninen ilman rakeja eli rake-rajat puuttuvat. Tällainen rakenne antaa aineelle suuntakohtaisia ominaisuuksia ja mahdollistaa hyvin ennakoitavan käyttäytymisen sekä parempia mekaanisia ja sähköisiä ominaisuuksia tietyissä suunnissa.

Yksikristallit kasvatetaan yleensä sulista käyttämällä erilaisia kasvatusmenetelmiä. Tunnetuimpia ovat Czochralski-kasvatus (CZ), Bridgman-Stockbarger sekä floating-zone-kasvatus. Prosessit rakentuvat siitä, että siemenkiteestä aloitetaan kristallin kasvatus kontrolloidulla lämpötilagradientaatiolla, jolloin kiteen suutuppa jakautuu suureksi, yhtenäiseksi kristalliksi. Tämä vaatii korkeaa puhtautta ja tarkkaa lämpötilan sekä liikuttelun hallintaa.

Yleisimmät käyttökohteet ovat puolijohdepiirien valmistuksessa käytettävät yksikristalliset wafereet sekä optiset ja lasikiteet. Puolijohteissa yksikristalleja käytetään pi-, piikarbidi- (SiC) ja galliumarsenidi (GaAs) -materiaaleissa, joissa vakaat, helposti ohjattavat ominaisuudet ovat ratkaisevan tärkeitä. Optisissa sovelluksissa voidaan hyödyntää rubiinia (Al2O3:Cr) ja muita korkealaatuisia kiteisiä materiaaleja. Korkeasti kuumissa käyttökohteissa, kuten turbina-attomien yksikristalliset turbiinilapset, hyödynnetään monesti single-crystal- rakennetta, koska rake-rajat voivat olla kriittisiä.

Laatu ja laadunvalvonta perustuvat kiteen orientaation ja puhtauden varmistamiseen. Käytettyjä menetelmiä ovat esimerkiksi röntgendiffraktio (XRD) ja Laue-testi sekä mikro- ja elektronimikroskopia, joilla voidaan todentaa dislokaatiot ja inkluutiot sekä varmistaa kasvun suunta.