Halbleiter und Computerschaltungen werden oft aus kristallinen Materialien hergestellt. Ein Verfahren namens Epitaxie kann verwendet werden, um eine mikroskopische Schicht aus Kristallmaterial auf einem Substrat abzuscheiden, das ebenfalls aus Kristall besteht. Der Abscheidungsprozess wird als epitaktisches Wachstum bezeichnet, da die Kristalle typischerweise an Ort und Stelle wachsen, sobald sie auf dem Substrat abgesetzt sind. Silizium wird häufig für Halbleiter in einem als Homoepitaxie bezeichneten Prozess verwendet, was bedeutet, dass das abgeschiedene und das Zielmaterial gleich sind. Die Epitaxieschicht wird meistens durch einen Herstellungsprozess hergestellt, der als chemische Gasphasenabscheidung bezeichnet wird.
Silizium ist typischerweise elektrisch leitfähig und wird normalerweise als Material für Computerchips gewählt. Hersteller modifizieren es oft in einem Prozess, der als Dotierung bezeichnet wird, um die elektrischen Eigenschaften zu ändern. Um dies zu erreichen, können dem reinen Silizium zusätzliche Materialien zugesetzt werden. Eine Epitaxieschicht kann leicht dotiert und auf ein stärker dotiertes Substrat aufgebracht werden. Das fertige Gerät ist oft in der Lage, bei gleicher Stromstärke schneller zu laufen wie ein langsamerer Chip.
Epitaxiales Silizium kann auch verwendet werden, um den Dotierungsprozess zu steuern und die Materialkonzentrationen einzustellen. Durch das Aufwachsen einer Schicht auf eine andere entsteht im Allgemeinen eine Vorrichtung mit zwei elektrisch unterschiedlichen Komponenten. In einigen Fällen kann eine Schicht sauerstofffrei sein oder vollständig von Kohlenstoffmolekülen gefiltert werden.
Oft wird ein Epitaxiereaktor verwendet, um diese Schichten abzuscheiden. Gase werden typischerweise in die Reaktorkammer injiziert, die erhitzt wird. Diese Gase reagieren normalerweise mit Siliziumkarbid. Dann wird eine Epitaxieschicht gebildet, während die Wachstumsrate unter Verwendung eines Trägergases gesteuert werden kann. Ein Suszeptor kann auch in einer Quarzreaktionskammer platziert werden, um Siliziumwafer physisch zu stützen und die Wärme innerhalb des Verarbeitungssystems gleichmäßig zu verteilen.
Geräte, die oft eine Kristallschicht enthalten, umfassen Solarzellen sowie Wechselstrom-(AC)-zu-Gleichstrom-(DC)-Wandler. Das Verfahren wird häufig in der Elektronik eingesetzt, wurde aber auch in biologische, wissenschaftliche, technische und chemische Anwendungen integriert. Ein weiteres Material, mit dem das Konzept verwendet werden kann, ist epitaktisches Graphen. Eine Schicht aus Kohlenstoffatomen wird typischerweise in einer zweidimensionalen Wabenform, ähnlich wie bei Graphit, über großen elektrisch leitfähigen Platten angeordnet.
Epitaxiales Graphen wurde zu Beginn des 21. Jahrhunderts basierend auf der Verarbeitung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen entwickelt. Forscher betrachten es oft als einen zukünftigen Ersatz für Silikon in mikroelektronischen Geräten und miniaturisierten Schaltkreisen. Die Prozesse zum Züchten dieser Substanz ähneln in der Regel denen zur Herstellung von Siliziumbauteilen.