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石英晶體物理光學(xué)特性介紹以及人工種植

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2018-06-05 10:48:49【大中小】

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壓電石英晶體的出現(xiàn)，給我們的生活和到數(shù)碼、電子等產(chǎn)品帶來多大的改變呢？

規(guī)格：

我們是中國領(lǐng)先的大尺寸低包裹體石英單晶制造商，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)為：

尺寸: Z: 135mm, X: 150mm, Y: 240-280mm

包裹體：IEC I級

Q值: >2.40 million.

光學(xué)均勻性：1*10-5

石英晶體是一種現(xiàn)代電子工業(yè)不可缺少成分。在1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)了石英的壓電效應(yīng)后，他們被廣泛的應(yīng)用在通訊領(lǐng)域的頻率管理和控制。晶體加工成元件石英晶振之后他們提供了大多數(shù)的鐘、表、電腦和微處理器的同步元件。

石英晶體的物理性能參數(shù)：

Transmission Range	0.150--4.0µm and 50--1000 µm
Refractive Index	no=1.5350, ne=1.5438 @ 1 µm
Reflective Loss	8.2% @ 2µm
Density	2.65 g/cm3
Melting Point	1710°C, 1657°C
Molecular Weight	60.06
Thermal_Conductivity	\|\|C:11.7 W/(m·K) 20°C; ^C: 6.5
Specific Heat	744 J/(kg·K)
Thermal Expansion	\|\| C: 7.97 x 10-6 /°C ; ^C: 13.37 x 10-6 /°C @0°--80°C
Hardness (Mohs)	740 (Indenter load 500g)
Young`s Modulus	\|\| C: 97; ^C: 76.5 GPa @ 25°C
Shear Modulus	44 GPa
Bulk Modulus	98 GPa
Rupture Modulus	41 MPa
Elastic Coefficient	C11 = 86.6; C12 = 6.7; C13 = 12.4; C14 = 17.8; C33= 106.4; C44 = 58 GPa
Dielectric Constant	\|\| C: 4.27 @ 30 MHz @ 25°C; ^C: 4.34
Solubility in Water	insoluble
Type of Material	Single crystal, synthetic
Crystal Structure	trigonal, point group 32, a = 4.9138 ?, c = 5.4052 ?
Common Diameter	Plates (blank) 120 mm (y) x 90 mm (x) x 27 mm (z)
Application	polarizing optics, piezoelectric components, VUV filter, FIR windows
Remarks	dextrorotatory Quartz is common, max. temperature for application > 1200°C, chemical constant, will be damaged by contact with HF and hot concentrated alkalines，32.768K

石英大部分的光學(xué)應(yīng)用都是使用熔融態(tài)，象石英玻璃。相關(guān)的一些人造石英晶體在一些特殊的方面。石英晶體通常也被用在偏振光柵、布魯斯特窗口、棱鏡和折光器上。

后來，在紫外線下生物分子的交互作用是生物化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常使用的分析方法，象石英這樣的紫外透過材料經(jīng)常被要求用在生物技術(shù)上。這些透明材料對于流動的或者粒子處理系統(tǒng)也很重要，透過這些材料可以很方便觀察內(nèi)部的狀況。

高品質(zhì)的天然石英晶體數(shù)量有限，而且價(jià)格很高，這就促使了合成石英制造業(yè)的發(fā)展。合成石英晶體在垂直的高壓釜里生產(chǎn)，高壓釜以水熱法的原理工作，溫度大約為400℃，壓力為1000個(gè)大氣壓左右。籽晶放在高壓釜上部，天然石英原料被放在下部。升溫加壓的時(shí)候，高壓釜內(nèi)的溶液呈堿性。高壓釜的加熱裝置，在容器內(nèi)部制造出上部比下部溫度低的環(huán)境。這個(gè)溫度梯度造成溶解了底部天然石英的堿性溶液的對流，而且使天然石英沉積在頂部的籽晶片上。就是用這種方法生產(chǎn)，它可以在幾星期內(nèi)長好幾百克。如果在溫度達(dá)到573℃的時(shí)候，α石英將相變成β石英（失去壓電特性）。

那么壓電石英晶體除了可以制作成電子元件，石英晶體諧振器，表晶，石英晶體振蕩器系列，還有可以制作那些電子產(chǎn)品呢？下面我們先了解一下人工石英晶體的種植。

簡介：

石英晶體的生長設(shè)備是高壓釜，如下圖：

培養(yǎng)石英晶體的生產(chǎn)基本集中在中國，日本，俄羅斯和美國的幾個(gè)公司中。在比利時(shí)，巴西，保加利亞，法國，德國，南非和英國有少量生產(chǎn)。

這個(gè)過程一直延續(xù)到石英長到理想的尺寸。通常生產(chǎn)某一種類型的石英需要花30-60天的時(shí)間。但是客戶定制的大尺寸石英，需要至少180天的時(shí)間才能完成生產(chǎn)過程。

人造石英單晶是用水熱法在高壓釜中生長的，具有左旋和右旋形態(tài)。石英晶體的應(yīng)力雙折射低且折射率均勻性高，透光范圍為0.15-4μm。由于其壓電特性、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的力學(xué)和光學(xué)特性，石英晶體被用于電子、精密光學(xué)和激光技術(shù)、光通信、X-射線光學(xué)和壓力傳感器等方面。

各種石英生產(chǎn)都需要種子，不管是天然的還是培養(yǎng)的種子。但是生產(chǎn)者需要注意的是種子必須沒有缺陷。否則這些缺陷將傳遞下新的一代上去。首選的天然石英種子，必須確保遺傳缺陷不會傳遞到后代石英。

籽晶在切割以前要檢查物理缺陷。通常用金剛石或者多刀切割籽晶。沿著定向儀預(yù)先定好方向的面，切割的比預(yù)先定的尺寸略厚。每個(gè)晶片被檢查，并且切割成規(guī)定的尺寸。這些毛片經(jīng)過一系列的研磨，直至達(dá)到最終的厚度。

相關(guān)技術(shù)

石英晶體化學(xué)分子式是SiO2，它是由硅和氧兩種元素組成。它的無定型態(tài)主要在石頭和沙子里。SiO2的晶態(tài)廣泛存在自然界中，但是工業(yè)用高純的晶體卻不多。

光學(xué)石英晶體（大尺寸）

折射率：

λ	193.6	340.4	410.2	467.8	546.1	627.8	706.5	766.5	844.7	1529.6	2058.2
No	1.65999	1.56747	1.556502	1.551027	1.546174	1.542819	1.540488	1.539071	1.537525	1.528	1.51998
Ne	1.67343	1.577385	1.566031	1.560368	1.55535	1.55188	1.549472	1.548005	1.5464	1.53646	1.52814