I semiconduttori e i circuiti per computer sono spesso realizzati utilizzando materiali cristallini. Un processo chiamato epitassia può essere utilizzato per depositare uno strato microscopico di materiale cristallino sopra un substrato anch’esso fatto di cristallo. Il processo di deposizione è chiamato crescita epitassiale, perché i cristalli tipicamente crescono sul posto una volta fissati sul substrato. Il silicio è spesso usato per i semiconduttori, in un processo chiamato omoepitassia, il che significa che i materiali depositati e quelli target sono gli stessi. Lo strato epitassiale è più spesso prodotto da un processo di fabbricazione chiamato deposizione chimica da vapore.
Il silicio è tipicamente elettricamente conduttivo ed è solitamente il materiale scelto per i chip dei computer. I produttori spesso lo modificano in un processo chiamato doping per modificare le proprietà elettriche. Ulteriori materiali possono essere aggiunti al silicio puro per raggiungere questo obiettivo. Uno strato epitassiale può essere leggermente drogato ed essere posizionato su un substrato che è più pesantemente drogato. Il dispositivo finito è spesso in grado di funzionare a velocità più elevate con la stessa corrente di un chip più lento.
Il silicio epitassiale può essere utilizzato anche per gestire il processo di drogaggio e regolare le concentrazioni di materiale. La crescita di uno strato sopra l’altro generalmente crea un dispositivo con due componenti elettricamente differenti. In alcuni casi, uno strato può essere privo di ossigeno o può essere progettato per essere completamente filtrato dalle molecole di carbonio.
Spesso per depositare questi strati viene utilizzato un reattore epitassiale. I gas vengono tipicamente iniettati nella camera del reattore, che viene riscaldata. Questi gas di solito reagiscono con il carburo di silicio. Viene quindi formato uno strato epitassiale, mentre la velocità di crescita può essere controllata utilizzando un gas di trasporto. Un suscettore può anche essere posizionato in una camera di reazione al quarzo per supportare fisicamente i wafer di silicio e distribuire uniformemente il calore all’interno del sistema di elaborazione.
I dispositivi che spesso incorporano uno strato di cristallo includono celle solari e convertitori da corrente alternata (AC) a corrente continua (DC). Il processo è spesso utilizzato in elettronica, ma è stato anche integrato in applicazioni biologiche, scientifiche, ingegneristiche e chimiche. Un altro materiale con cui è possibile utilizzare il concetto è il grafene epitassiale. Uno strato di atomi di carbonio è tipicamente disposto in una forma a nido d’ape bidimensionale, simile alla grafite, su grandi fogli che sono elettricamente conduttivi.
Il grafene epitassiale è stato sviluppato sulla base della lavorazione di nanotubi di carbonio all’inizio del 21° secolo. I ricercatori spesso lo considerano come un futuro sostituto del silicone nei dispositivi microelettronici e nei circuiti miniaturizzati. I processi per la coltivazione di questa sostanza sono generalmente simili a quelli per la produzione di componenti in silicio.