Le procédé Czochralski est une méthode de production de monocristaux, des morceaux solides de matériau avec une matrice cristalline uniforme. De tels cristaux sont connus pour être utilisés dans la construction de composants électroniques ainsi que dans la recherche scientifique et un certain nombre d’autres applications où un cristal de haute qualité avec une matrice uniforme est nécessaire. Les bijoutiers, par exemple, peuvent utiliser le processus Czochralski dans la formation de pierres précieuses de haute performance pour leurs projets, tout comme les installations de recherche ayant besoin de matériaux comme le diamant peuvent les cultiver en laboratoire en utilisant cette technique.
Ce procédé porte le nom d’un chercheur polonais qui l’a découvert au début du 20e siècle. Il commence par faire fondre les 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 n’importe quel dopant et autres ajouts qui peuvent être nécessaires, un technicien peut soigneusement abaisser une tige avec un cristal germe. Cela se fait généralement à l’aide d’équipements mécaniques plutôt qu’à la main. Ensuite, la tige est retirée avec précaution et très lentement car le mélange forme une matrice solide autour du cristal germe. Le résultat final du procédé Czochralski devrait être une bille solide de matériau, avec quelques restes au fond du creuset.
Dans les situations où la température augmente trop, le cristal germe peut fondre. L’introduction du cristal à basse température peut provoquer la cristallisation prématurée de tout le contenu du creuset, avec des fissures, des lignes de fracture et d’autres impuretés. Ce processus est lent ; le retrait du cristal germe est mesuré en millimètres par heure. Le contrôle minutieux nécessaire tout au long du processus Czochralski peut donner 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 cristaux plus gros sont plus difficiles à cultiver et nécessitent des degrés de contrôle plus élevés. Certains composants bruts sont très chers. 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 d’électronique, mais les bijoutiers ont parfois des difficultés à vendre des pierres cultivées en laboratoire en raison de la préférence des consommateurs pour les pierres naturelles.