Festkörperphysik (PDF)

richtungsabhängigen physikalischen Eigenschaften aufweisen.

Einkristalle sind also anisotrop, während polykristalline Materialien isotrope physikalische Eigenschaften zeigen, wenn die Kristallite regellos orientiert sind. Ihre makroskopischen Eigenschaften spiegeln dann den Mittelwert der anisotropen Kristalleigenschaften wider. Einkristalle sind für die Festkörperphysik und für die Materialwissenschaften von großer Bedeutung, da sich an ihnen die „reinen" Kristalleigenschaften studieren lassen. Sie spielen aber auch in technischen Anwendungen eine große Rolle. So werden für die Halbleitertechnik sehr große, außerordentlich perfekte Einkristalle aus Silizium in großer Stückzahl produziert.

Piezoelektrische Einkristalle haben in Uhren und in der Nachrichtentechnik eine breite Anwendung. Die „Zucht" von größeren Einkristallen ist meist aufwändig und erfordert viel Erfahrung. Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist die Reinheit der Ausgangssubstanzen. Um diese zu gewährleisten, wird häufig das Zonenreinigungsverfahren angewandt. Dabei legt man das Ausgangsmaterial in Form eines langen (polykristallinen) Stabs in einen länglichen Schmelztiegel und zieht diesen durch einen Ofen, der so gestaltet ist, dass nur ein schmaler Bereich („Zone") des Stabs aufgeschmolzen wird.

So wird an der Vorderseite der Schmelzzone ständig neues Material flüssig und erstarrt auf der Rückseite. Bei diesem Reinigungsverfahren macht man sich zunutze, dass der Einbau von Verunreinigungen in den Kristall energetisch meist ungünstig ist. Die Konzentration an Verunreinigungen ist daher in der Schmelze höher als im neu erstarrten Kristall. Auf dieseWeise werden die Verunreinigungen in der Schmelzzone mitgenommen und zum Ende des Stabes bzw. des Tiegels transportiert.

Die Qualität der Kristalle wird vor allem durch die Zuchtbedingungen bestimmt. Um Einkristalle zu erhalten, darf die Kristallisation natürlich nicht an verschiedenen Stellen der Schmelze einsetzen, denn dies würde zu einer polykristallinen Probe führen. In vielen Fällen wird daher im Gefäß eine definierte Temperaturverteilung eingestellt und bereits ein Kristallkeim vorgegeben, d.h., es wird ein geeignet orientierter kleiner Kristall als Keim in die Wachstumszone eingebracht, der dann durch Anlagerung von Atomen bzw. Molekülen wächst.