Los semiconductores y los circuitos de computadora a menudo se fabrican con materiales cristalinos. Se puede utilizar un proceso llamado epitaxia para depositar una capa microscópica de material cristalino sobre un sustrato que también está hecho de cristal. El proceso de deposición se llama crecimiento epitaxial, porque los cristales generalmente crecen en su lugar una vez que se colocan sobre el sustrato. El silicio se usa a menudo para semiconductores, en un proceso llamado homoepitaxia, lo que significa que los materiales depositados y objetivo son los mismos. La capa epitaxial se produce con mayor frecuencia mediante un proceso de fabricación llamado deposición química de vapor.
El silicio es típicamente conductor de electricidad y suele ser el material elegido para los chips de computadora. Los fabricantes a menudo lo modifican en un proceso llamado dopaje para cambiar las propiedades eléctricas. Se pueden agregar materiales adicionales al silicio puro para lograr esto. Una capa epitaxial puede doparse ligeramente y colocarse sobre un sustrato que esté más dopado. El dispositivo terminado a menudo puede funcionar a velocidades más rápidas con la misma corriente que un chip más lento.
El silicio epitaxial también se puede utilizar para gestionar el proceso de dopaje y ajustar las concentraciones de material. El crecimiento de una capa sobre otra generalmente crea un dispositivo con dos componentes eléctricamente diferentes. En algunos casos, una capa puede estar libre de oxígeno o puede diseñarse para estar completamente filtrada de moléculas de carbono.
A menudo, se utiliza un reactor epitaxial para depositar estas capas. Los gases se inyectan típicamente en la cámara del reactor, que se calienta. Estos gases suelen reaccionar con el carburo de silicio. Luego se forma una capa epitaxial, mientras que la tasa de crecimiento se puede controlar usando un gas portador. También se puede colocar un susceptor en una cámara de reacción de cuarzo para soportar físicamente las obleas de silicio y distribuir uniformemente el calor dentro del sistema de procesamiento.
Los dispositivos que a menudo incorporan una capa de cristal incluyen células solares, así como convertidores de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC). El proceso se usa a menudo en electrónica, pero también se ha integrado en aplicaciones biológicas, científicas, de ingeniería y química. Otro material con el que se puede utilizar el concepto es el grafeno epitaxial. Una capa de átomos de carbono se dispone típicamente en forma de panal bidimensional, similar al grafito, sobre láminas grandes que son eléctricamente conductoras.
El grafeno epitaxial se desarrolló a partir del procesamiento de nanotubos de carbono a principios del siglo XXI. Los investigadores a menudo lo consideran como un reemplazo futuro de la silicona en dispositivos microelectrónicos y circuitos miniaturizados. Los procesos para cultivar esta sustancia suelen ser similares a los de fabricación de componentes de silicio.