Les semi-conducteurs et les circuits informatiques sont souvent fabriqués à partir de matériaux cristallins. Un processus appelé épitaxie peut être utilisé pour déposer une couche microscopique de matériau cristallin sur un substrat également constitué de cristal. Le processus de dépôt est appelé croissance épitaxiale, car les cristaux se développent généralement sur place une fois fixés sur le substrat. Le silicium est souvent utilisé pour les semi-conducteurs, dans un processus appelé homoépitaxie, ce qui signifie que les matériaux déposés et cibles sont les mêmes. La couche épitaxiale est le plus souvent produite par un procédé de fabrication appelé dépôt chimique en phase vapeur.
Le silicium est généralement conducteur de l’électricité et est généralement le matériau choisi pour les puces informatiques. Les fabricants le modifient souvent dans un processus appelé dopage pour changer les propriétés électriques. Des matériaux supplémentaires peuvent être ajoutés au silicium pur pour y parvenir. Une couche épitaxiale peut être légèrement dopée, et être placée sur un substrat plus fortement dopé. L’appareil fini est souvent capable de fonctionner à des vitesses plus rapides sous le même courant qu’une puce plus lente.
Le silicium épitaxié peut également être utilisé pour gérer le processus de dopage et ajuster les concentrations de matière. La croissance d’une couche sur une autre crée généralement un dispositif avec deux composants électriquement différents. Dans certains cas, une couche peut être sans oxygène, ou elle peut être conçue pour être complètement filtrée des molécules de carbone.
Souvent, un réacteur épitaxié est utilisé pour déposer ces couches. Les gaz sont typiquement injectés dans la chambre du réacteur, qui est chauffée. Ces gaz réagissent généralement avec le carbure de silicium. Une couche épitaxiale est alors formée, tandis que la vitesse de croissance peut être contrôlée à l’aide d’un gaz porteur. Un suscepteur peut également être placé dans une chambre de réaction en quartz pour supporter physiquement les plaquettes de silicium et répartir uniformément la chaleur dans le système de traitement.
Les appareils qui incorporent souvent une couche de cristal comprennent des cellules solaires, ainsi que des convertisseurs de courant alternatif (AC) en courant continu (DC). Le processus est souvent utilisé en électronique, mais il a également été intégré dans des applications biologiques, scientifiques, d’ingénierie et de chimie. Un autre matériau avec lequel le concept peut être utilisé est le graphène épitaxié. Une couche d’atomes de carbone est généralement disposée en forme de nid d’abeilles bidimensionnelle, semblable au graphite, sur de grandes feuilles électriquement conductrices.
Le graphène épitaxié a été développé sur la base du traitement de nanotubes de carbone au début du 21ème siècle. Les chercheurs le considèrent souvent comme un futur remplaçant du silicone dans les dispositifs microélectroniques et les circuits miniaturisés. Les procédés de croissance de cette substance sont généralement similaires à ceux de fabrication de composants en silicium.