El creixement d’un cristall consisteix, bàsicament, en l’adjunció dels constituents elementals (àtom, ions, molècules) del medi mare en què és submergit el cristall, a les cares ja existents del cristall. Aquest mecanisme depèn del transport de matèria i calor experimentat en les interfícies cristall/medi mare, i de la cinètica de les interfícies. En termes molt simplificats, els constituents elementals del medi mare (una solució, un vapor, una solució sòlida, etc) incideixen sobre la superfície del cristall, “rellisquen” sobre les cares ja existents i són fixats en els punts en què experimenten una força d’atraccció més gran. El creixement depèn, doncs, de la forma de les cares, ja que aquesta determina la força que els constituents ja fixats exerceixen sobre un constituent del medi mare. La velocitat de creixement relatiu de les cares depèn dels defectes del cristall (defecte), en particular de les dislocacions. La gran demanda de cristalls experimentada en les àrees de l’electrònica, l’òptica, les telecomunicacions, etc, ha fet necessari de desenvolupar mètodes per a fer créixer cristalls al laboratori. Entre els mètodes més emprats per a obtenir elements en forma de monocristalls, cal destacar el mètode de Czochralski, el creixement epitaxial i el mètode Bridgman. El mètode de Czochralski , desenvolupat per Czochralski (1917) per al creixement de cristalls d’elements metàl·lics, és emprat per a l’obtenció de diversos semiconductors com el silici i l’arsenur de gal·li, que són la base de la fabricació de circuits integrats, i consisteix a submergir una llavor petita de monocristall en el material fos, traient-la a poc a poc del bany, al mateix temps que se li comunica un moviment de rotació. El creixement epitaxial és emprat per a fer créixer capes de monocristalls sobre un substrat; la diferència essencial respecte al mètode de Czochralski és que el material es fa créixer a temperatures inferiors a la de la fusió. El procés s’anomena homoepitàxia o heteroepitàxia segons que la capa dipositada sigui del mateix o de diferent material que el substrat. Existeixen tres tipus bàsics de creixement epitaxial: VPE ( Vapour phase epitaxy ), que consisteix a fer passar composts gasosos del material a dipositar, sobre el substrat, que és mantingut a una temperatura suficient per a provocar provocar la descomposició del gas i, si les condicions són favorables, la deposició ordenada dels àtoms sobre la seva superfície; LPE ( Liquid phase epitaxy ), en què el substrat és col·locat en un cursor que es mou al llarg de la superfície del material fos contingut en un recipient: els perfils de temperatura són tals que el material es refreda just per sota el punt de solidificació i els àtoms es dipositen sobre el substrat (en el recipient hom pot haver introduït els àtoms dopadors); MBE ( Molecular beam epitaxy ), en què el substrat és col·locat en una cambra de buit molt gran, les espècies a dipositar són evaporades i transportades a molt alta velocitat a través del buit, sobre el substrat, i la pressió de vapor relativament baixa de les espècies assegura la condensació sobre el substrat a temperatures molt inferiors a les dels processos anteriors. El mètode Bridgman horitzontal és emprat per a fer créixer monocristalls de GaAs; en aquest procés el material d’origen (gal·li pur o arsenur de gal·li policristal·lí) és col·locat en un recipient llarg, on hi ha una llavor de monocristall. Aquest recipient, juntament amb un tros d’arsènic, és ficat dins una ampolla de quars, la qual és segellada i omplerta d’un gas inert. Mitjançant elements calefactors es genera una gradació de temperatura tal que l’arsènic esdevé gas, el material d’origen es manté a la temperatura de fusió, i a la regió on hi ha la llavor es manté just per sota el punt de solidificació de l’arsenur de gal·li. A mesura que l’arsènic reacciona amb el gal·li, hom mou l’ampolla o els calefactors, per tal que la font de calor es desplaci al llarg del recipient; el creixement del cristall es produeix a mesura que avança la font de calor.
m
Mineralogia i petrografia