石英晶體的基本知識(shí)

1、化學(xué)物理特性

① 水晶的成份SiO2，在常壓下不同溫度時(shí)，石英晶體的結(jié)構(gòu)不同，溫度T＜573 ℃時(shí)α石英晶體，當(dāng)573℃＜T＜870℃時(shí)β石英晶體，熔點(diǎn)是1750℃，我們通常說的壓電石英晶體指α石英晶體。

② 具有壓電特性：

發(fā)現(xiàn)

壓電效應(yīng)：

某些介質(zhì)由于外界機(jī)械作用（如壓縮，拉伸等等）而在其內(nèi)部發(fā)生極化，產(chǎn)生表面電荷的現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。

逆壓電效應(yīng)：

某些介質(zhì)置于外電場(chǎng)中，由于電場(chǎng)的作用，會(huì)引起介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的位移，導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。

石英晶體在沿X 軸（或Y 軸）方向的力的作用時(shí)，在X 方向產(chǎn)生壓電效應(yīng)，而Y 和Z 方向不產(chǎn)生壓電效應(yīng)，X 軸稱為電軸，Y 軸稱為機(jī)械軸。

③ 具有各向異性：石英晶體是一種良好的絕緣材料，導(dǎo)熱系數(shù)在室溫附近，沿Z 軸方向是垂直于Z 軸方向的2 倍左右，沿Z 軸方向的線性膨脹系數(shù)a3 約為沿垂直于Z 軸方向線性膨脹系數(shù)a1 的1/2，其介電系數(shù)ε，壓電系數(shù)d 等隨方向的不同其數(shù)值也不同，在不同溫度，導(dǎo)熱系數(shù)K 與膨脹系數(shù)a 的數(shù)值也不同。

④ 是外形高度對(duì)稱的單晶體，其特征是原子和分子有規(guī)則的排列發(fā)育良好的石英晶體，外形最顯著的特點(diǎn)是晶面有規(guī)則的配置，石英晶體的晶面共30 個(gè)，六個(gè)m 面（柱面），六個(gè)R 面（大棱面）六個(gè)r 面（小棱面）六個(gè)s 面（三方偏錐面)，六個(gè)X 面（三方偏面），相鄰M 面的夾角度為60°，相鄰M 面和R 面的夾角與相鄰M 面和r 面的夾角都等于38°13′，相鄰s 面與X 面的夾角為25°57′。

石英晶體存在一個(gè)三次對(duì)稱軸C 和三個(gè)互成120°的軸a、b、d，在討論石英晶體的物理性質(zhì)時(shí)，采用下圖所示的直角坐標(biāo)系較為方便，選C 軸為z 軸，a （或b、d）軸為X 軸，與X 軸Z 軸垂直的Y 軸，其指向按1949 年IRE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定，對(duì)左右旋晶體均采用右手直角坐標(biāo)系。

如圖：a、b、c、d 為晶體坐標(biāo)系

X、Y、Z 為直角坐標(biāo)系

⑤ 具有雙折射現(xiàn)象：

但當(dāng)光沿Z 軸方向射入時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，所以又稱Z 軸為光軸。

⑥ 石英晶體的密度ρ=2.65g/cm2，硬度為莫氏硬度7，在常溫常壓下不溶于三酸（HCL,H2SO4,HNO3），屬于溶解度極小的物質(zhì)，但是氫氟酸和氟化氫銨卻是石英晶體良好的溶解液，其化學(xué)反應(yīng)方程式

SiO2+4HF=SiF4+2H2O （3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6）

SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O

其特性用于石英片的腐蝕。

3、石英晶片的切型

石英晶片對(duì)晶體坐標(biāo)軸某種方位的切割稱為石英晶片的切型。由于石英晶體的各向異性，不同切型的石英片，因其彈性性質(zhì)，壓電性質(zhì)，溫度性質(zhì)不同，其電特性和熱特性也各異。

下圖表示的是各種切型的位置：

① 切型符號(hào)表示：

石英晶體的切型符號(hào)有兩種表示方法，一種是IRE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)表示法，另一種是石英晶體所特有的習(xí)慣符號(hào)表示法。IRE 規(guī)定的切型符號(hào)用一組字母（XYZlWt）和角度表示，用XYZ 中三個(gè)字母的先后排列來表示晶片的厚度和長(zhǎng)度沿坐標(biāo)軸的原始方位，用t（厚度）、l（長(zhǎng)度）、W（寬度）來表示旋轉(zhuǎn)的方位，角度的正號(hào)表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、負(fù)號(hào)表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

例：（Yxl）35° 原始晶片角度：Y 方向

原始晶片長(zhǎng)度：X 方向

繞長(zhǎng)度方向（X 軸）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)35°即得到晶片的切割方位，（XYtl）5°/-50°厚度t（X 軸）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)5°，再繞長(zhǎng)度l（Y 軸）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)50°，即是石英片的切割方位。