monokrystaliczne

Monokrystaliczne materiały to takie, które składają się z jednej, ciągłej sieci krystalicznej bez granic ziaren. Struktura ta zapewnia jednolitą orientację atomów w całej objętości kryształu, co przekłada się na spójną swobodę właściwości fizycznych i mniejszą liczbę defektów na granicach ziaren. Szeroko wykorzystywane są w elektronice, optyce i energetyce.

Najważniejsze techniki wytwarzania obejmują metodę Czochralskiego (CZ) i metodę strefy unoszącej (Floating Zone, FZ). W CZ kryształ rośnie z topiącego się materiału wokół nasion, co prowadzi do powstania dużego, jednorodnego kryształu, z którego wycina się wafle. W FZ strefa topnienia przesuwa się wzdłuż pręta, co ogranicza wprowadzane zanieczyszczenia i umożliwia wytwarzanie bardzo czystych monokrystalicznych kryształów. Techniki te najczęściej dotyczą krzemu, ale stosuje się je także dla innych materiałów półprzewodnikowych.

Właściwości: monokrystaliczny układ krystaliczny zapewnia brak granic ziaren, co skutkuje wysoką jednorodnością parametrów elektrycznych i optycznych. W elektronice istotna jest wysoka ruchliwość nośników ładunku i przewodność, a w fotowoltaice wyższa efektywność konwersji energii w porównaniu do materiałów polikrystalicznych.

Aplikacje i porównania: wykorzystuje się je głównie do wafli półprzewodnikowych w układach scalonych, diodach, LED-ach oraz w monokrystalicznych panelach fotowoltaicznych. W porównaniu z materiałami polikrystalicznymi monokrystaliczne oferują wyższą wydajność i lepsze parametry elektryczne, lecz są droższe i trudniejsze w produkcji; ich wybór zależy od wymagań dotyczących kosztów i wydajności.