Quel est le processus Czochralski?
Le procédé Czochralski est un procédé de production de monocristaux, des morceaux de matériau solides à matrice cristalline uniforme. De tels cristaux sont utilisés de manière connue dans la construction de composants électroniques, ainsi que dans la recherche scientifique et un certain nombre d'autres applications nécessitant un cristal de haute qualité avec une matrice uniforme. Les bijoutiers, par exemple, peuvent utiliser le processus Czochralski pour la formation de pierres précieuses à haute performance, tout comme les installations de recherche ayant besoin de matériaux comme le diamant peuvent les cultiver en laboratoire en utilisant cette technique.
Ce processus a été nommé en l'honneur d'un chercheur polonais qui l'a découvert au début du XXe siècle. Cela commence par la fusion des composants des cristaux dans un creuset capable de tolérer des températures extrêmement élevées. Le creuset est généralement placé dans un four fermé avec un contrôle de température très précis. Un contrôle élevé est essentiel, car le processus échouera si le mélange est trop chaud ou trop froid, et des capteurs très précis peuvent être positionnés à plusieurs endroits pour surveiller les changements de température.
Lorsque le mélange est chauffé avec tout dopant et autres ajouts éventuellement nécessaires, un technicien peut abaisser avec précaution une tige avec un germe de cristal. Cela se fait généralement avec un équipement mécanique, plutôt que manuellement. Ensuite, la tige est retirée avec précaution et très lentement car le mélange forme une matrice solide autour du germe cristallin. Le processus final de Czochralski devrait aboutir à un journal solide, avec quelques restes au fond du creuset.
Lorsque la température augmente trop, le germe de cristal peut fondre. L'introduction du cristal à basse température peut provoquer la cristallisation prématurée de tout le contenu du creuset, accompagnée de fissures, de lignes de fracture et d'autres impuretés. Ce processus est lent. le retrait du germe cristallin est mesuré en millimètres par heure. Le contrôle minutieux nécessaire tout au long du processus Czochralski peut produire des cristaux de très haute qualité avec un minimum d'impuretés.
Les coûts de production peuvent dépendre des matières premières nécessaires et de la taille du cristal. Les plus gros cristaux sont plus difficiles à faire pousser et nécessitent un plus grand contrôle. Certains composants bruts sont très coûteux. Les cristaux du procédé Czochralski sont chimiquement identiques aux formations naturelles, mais ont une qualité et une fiabilité bien supérieures. Ceci est généralement souhaitable dans des environnements tels que les laboratoires et les fabricants de produits électroniques, mais les bijoutiers ont parfois du mal à vendre des pierres de laboratoire, en raison de la préférence des consommateurs pour les pierres naturelles.