基礎:跨尺度的材料結構

單晶

單晶是一整顆不間斷的晶體,一塊材料,裡頭同一個重複的原子圖案,以同一個取向,從一端乾淨地貫穿到另一端,中間沒有任何中斷。寶石是大家熟悉的畫面:一顆長得好的石英或鑽石(理想上)通體是一顆晶體,這正是它能長出平整、如鏡的天然晶面、且晶面以固定夾角相交的原因。

在單晶裡,處處只有單一、連續的晶格取向,沒有晶界把它切成一塊塊取向錯開的碎片。這與多晶(像一般金屬)恰成對比:多晶是數百萬顆微小晶體、以隨機角度黏在一起的鑲嵌。因為單晶只有一個取向,它那些隨方向而異(異向)的性質會清楚地顯現出來:沿某個晶體方向,它可能比另一個方向更剛硬、或導電更好。

當方向性或完美度至關重要時,人們會刻意長出單晶。矽晶片切自單晶晶圓,因為晶界會散射電子、毀掉元件。噴射引擎的渦輪葉片鑄成單晶,好讓高溫下沒有晶界可以蠕變或開裂。單晶也是晶體學家解結構時最想要的,因為一個乾淨的晶格能給出最乾淨的繞射。提醒:即使是單晶也含有點缺陷與差排,單晶指的是單一晶粒取向,而非真的毫無瑕疵。

矽晶圓切自一整顆單晶,好讓電子暢行無阻;渦輪葉片鑄成單晶,好讓高溫下沒有晶界可供蠕變或開裂。單一取向,正是它們被刻意長成單晶的理由。

單晶:通體單一晶格取向,因此方向性能盡情展現。

單晶指的是單一晶粒,而非零缺陷。單晶裡仍可以有空位、差排與雜質;它所缺少的,是內部的晶界。

又称
monocrystal單晶體