yksikristallisia

Yksikristallisia materiaaleja ovat kiinteät aineet, joiden kiteinen rakenne jatkuu saumattomasti koko näytteen alueella ilman rakeiden rajapintoja. Tällainen yksikristallisuus antaa ominaisuuksilleen suunnanmukaisuutta ja korkeaa puhtautta, mikä tekee materiaaleista erityisen soveltuvia tekijöille, joissa mikrorakenteen suuntainen käyttäytyminen on ratkaisevaa. Yksikristalliset materiaalit eroavat poly- tai monikiteisistä materiaaleista, joissa koostuu useista kidealueista, joiden suuntia on eri.

Yksikristallien kasvattaminen tapahtuu useilla tekniikoilla, jotka aloittavat tai luovat yhden, suuren kriystalin. Tärkeitä menetelmiä ovat Czochralski-prosessi (CZ), Bridgman-Stockbarger-tekniikka sekä floating-zone- ja flux-kasvatus. Näissä prosesseissa käytetään usein ohjausta toistuvan kideperusteen avulla ja hallittua jäähdytystä, jotta rakenteesta tulisi mahdollisimman virheetön ja yhtenäinen. Yksikristalliset näytteet voivat olla suuria kuin pienikokoisia, ja niiden koko ja laatu riippuvat prosessin ehdoista, kuten lämpötilavasteesta, suojakaasusta ja kolloidisen saostumisen hallinnasta.

Käyttökohteita ovat elektroniikka, fotoniikka ja optiikka sekä korkean puhtauden ja epäpuhtausmuokkauksen tilanteet. Esimerkkejä ovat piin (Si) ja germaniumin yksikristallit, galliumarsenidia (GaAs) sekä yksikristallinen kvartsikide (SiO2) ja safiiri (Al2O3). Yksikristallisia materiaaleja käytetään myös roottori- ja suodatin-lisäaineina sekä tutkimuksessa, missä kiteinen rakenteen suuntaisuus vaikuttaa esimerkiksi sähköiseen tai optiseen vasteeseen.

Laatu ja laadunvarmistus perustuvat rakenteen todentamiseen röntgenkideanalyysillä (XRD), Laue-tarkastelulla sekä elektronisella kartoituksella (EBSD). Näytteiden laatu mitataan usein rakeiden rajojen puuttumisen, kiteen suuntien homogeenisuuden ja virheiden minimoinnin kautta. Yksikristallisuus tuottaa ennakoitavampia ominaisuuksia, mutta sen kasvatus on yleensä haastavampaa ja kustannuksiltaan suurempaa kuin polykrystalisen materiaalin.