石英晶体

深圳市锐晶星电子科技有限公司石英晶體諧振器基礎知識培训教材（共8页）2007年7月1日第一章石英晶体的基本特性第一节石英晶体的压电特性图1-1示出了石英晶体具有压电效应的两种现象。

图1-1a当沿Y 轴加压缩力时，则在X轴正端垂直面上，出现正电荷（晶体的伸缩弯曲振动就是按此激起的）。

图1-1b中当对晶体施加正切应力时，则在垂直Y上述现象表明石英晶体是一种各向异性的结晶体，它具有压电效应。

当沿某一机械轴或电轴施以压力或拉力，则在垂直于这些轴的两个表面上产生异号电荷±q。

其值与机械压力所产生的机械形变（位移）X成正比。

即：q=k 1x ﹎﹍(1-1)式（1-1）所表征的效应称为正压电效应，正压电效应是以机械能为因，电能为果的效应。

石英晶体还具有逆压电效应。

如果在石英晶体片两面之间加一电场E，则视电场的方向不同，晶体将沿电轴或机械轴延伸或压缩，延伸或压缩量X与电场强度E成正比，即：X=K2E ﹍（1-2）式（1-2）所表征的效应称压电逆效应。

是以电能为因，机械能为果的效应。

由上面的讨论可以看出，正、逆压电效应互因果关系。

如果将石英晶体片置于交变电场中，则在电场的作用下，晶体片的体积将起压缩和伸张的变化，由此形成机械振动，晶体的振动属体波振动，当晶体片振动时，逆压电效应使得晶体片具有导电性，这种压电性叫做压电导电性。

石英片固有的振动频率取决于晶体片的几何尺寸、密度、弹性和泛音次数。

当晶体片的固有振动频率与加于其上的电场频率相同时，则晶体片将发生谐振。

此时振动的幅度最大，压电效应在晶体片表面产生的电数值和压电导电性也达最大。

因此，外电路中的交变电流也就最大。

这是用以稳定频率的理论基础。

第二节石英晶体在不同温度下的各种变体在正常的压力下，石英晶体随着温度的不同共有五种不同性质的变体，即：(1)α石英，其温度低于573℃时为稳态，就是我们通常用的压电石英晶体。

(2)β石英,对α石英加温超过573℃时,即转变为β石英,它在573℃～870℃之间为稳态,但此时没有压电效应,也不能用作压电元器件了。

石英的晶格类型石英，也被称为石英石，是一种常见的矿物，其晶格类型为三斜晶系。

石英晶体呈六面体或者六面柱体的形状，结构密实而有序。

它是地壳中含量最高的矿物之一，广泛存在于地球的各个岩石中。

石英的晶格结构是由硅氧四面体构成的，每个硅氧四面体的中心是一个硅离子，而四个氧离子围绕在其周围形成四面体结构。

这些硅氧四面体通过共享氧离子的方式相互连接，形成了一个稳定的三维晶体结构。

石英的晶格结构在空间中是无限重复的，这种有序排列使得石英具有一些特殊的性质和应用价值。

石英的晶格类型为三斜晶系，这意味着其晶体具有三个不等长且不垂直的轴。

这种晶格类型使得石英的晶体形状呈现出不规则的六面体或六面柱体。

石英的晶格参数决定了其晶体的大小和形状，也影响了其物理和化学性质。

石英的晶体结构具有高度的对称性，每个晶胞中有三个不等价的硅原子和六个不等价的氧原子。

这种高度的对称性使得石英具有一些特殊的光学和电学性质。

例如，石英具有压电效应和透明性，可以用于制造压电器件和光学仪器。

石英的晶格结构还决定了其热稳定性和化学稳定性。

石英具有高熔点和低热膨胀系数，使得它在高温和低温条件下都能保持稳定。

此外，石英对大多数化学物质具有较强的抗腐蚀性能，使其在化学工业中得到广泛应用。

除了在地壳中广泛存在外，石英还具有许多重要的应用价值。

例如，石英可以用于制造光学器件，如光纤和激光器。

石英的高透明度和优异的光学性能使其成为光学领域的重要材料。

此外，石英还可以用于制造压电器件、陶瓷材料和电子器件等。

石英的晶格类型为三斜晶系，其晶体结构由硅氧四面体构成，具有高度的对称性和稳定性。

石英的晶格结构决定了其物理和化学性质，使其具有许多重要的应用价值。

石英在光学、电子、化工等领域都有广泛的应用，对人类社会的发展起到了重要作用。

石英晶体形状
石英晶体是一种常见的矿物，其晶体形状多种多样，下面将介绍几种常见的石英晶体形状。

1. 六方柱状晶体
六方柱状晶体是石英晶体中最常见的形状之一。

它的外形像一个六边形的柱子，顶部和底部都是六边形。

这种晶体形状在自然界中很常见，可以在石英矿物中轻易地找到。

2. 六方板状晶体
六方板状晶体是另一种常见的石英晶体形状。

它的外形像一个六边形的薄片，厚度很薄，通常只有几毫米。

这种晶体形状在石英矿物中也很常见。

3. 立方体状晶体
立方体状晶体是石英晶体中比较少见的形状之一。

它的外形像一个正方体，六个面都是正方形。

这种晶体形状在自然界中比较罕见，通常只在一些特殊的石英矿物中出现。

4. 棱柱状晶体
棱柱状晶体是石英晶体中比较特殊的形状之一。

它的外形像一个长
方形的柱子，四个面都是长方形。

这种晶体形状在自然界中比较罕见，通常只在一些特殊的石英矿物中出现。

5. 针状晶体
针状晶体是石英晶体中比较特殊的形状之一。

它的外形像一根细长的针，长度可以从几毫米到几厘米不等。

这种晶体形状在自然界中比较罕见，通常只在一些特殊的石英矿物中出现。

石英晶体形状多种多样，每一种形状都有其独特的特点和用途。

石英晶体在工业、科研和生活中都有广泛的应用，因此对其形状的研究和了解具有重要的意义。

石英晶体的作用范文石英晶体是一种具有晶格结构的矿石，由二氧化硅（SiO2）组成。

它具有很多特殊的物理特性，因此在许多领域都有重要的应用。

下面将详细介绍石英晶体的作用。

1.石英晶体在电子学领域中有重要的作用。

由于它们具有压电效应，即在受到力或压力时，会产生电荷的积累或分离。

这使得石英晶体可以用于制作压电传感器、传输控制设备和压电陶瓷等。

2.石英晶体的压电特性对于制造薄膜压电谐振器（TCF）也非常重要。

TCF是一种微型传感器，可以测量压力、力和加速度等。

它广泛应用于电子设备、汽车和航空航天领域。

3.石英晶体还可以用作时间计量器，如石英钟表。

石英钟表的工作原理是通过石英晶体的正比例振荡来计量时间。

这种精确的时间测量使得石英钟表成为现代社会中最常用的时间计量器之一4.石英晶体还可以用于制作光学设备，如光学石英玻璃。

光学石英玻璃具有良好的透光性、硬度和化学稳定性，因此在光学领域中有广泛的应用，如摄影镜头、望远镜和激光设备等。

5.石英晶体还可以用于制造电子滤波器和谐振器。

电子滤波器可以用来控制信号的频率，并消除噪音。

石英晶体作为滤波器中的谐振器，可以提供高精度和稳定性的频率选通。

6.石英晶体还具有热稳定性和良好的化学性质，因此可以应用于高温环境和化学实验中。

它们可以用作高温熔融炉和实验室仪器中的材料。

7.石英晶体还可以用于制造晶体管和集成电路中的晶体振荡器。

振荡器是电路中产生稳定信号的重要元件，用于同步和计时等应用。

石英振荡器具有高精度和稳定性，因此在电子设备和通信系统中广泛应用。

总之，石英晶体是一种具有重要物理特性的矿石，具有压电效应、热稳定性和化学稳定性等特点。

它们在电子学、光学、时间计量等许多领域中都有广泛应用。

石英晶体的作用不仅仅体现在实际应用上，而且对科学研究和技术进步也有重要意义。

石英晶体结构
石英是一种来自自然界的晶体，它们属于玻璃成分、超强度非金属、天然晶体类型。

它是最古老的晶体，也是唯一一种被广泛使用在宝石、时钟、思想表达、宗教仪式等多个领域的晶体。

石英晶体具有很高的坚硬性，颜色也很美丽，但是并不是所有的石英晶体都是一样的，因此其内在的晶体结构也是非常复杂的。

它们之间的结构不但影响到它们的外观性质，而且还影响到它们的用途和功能。

石英晶体结构是一种特殊的构造，它是由三维立方聚集而成的，因此在解释它的晶体结构时，必须从理论上把它看作立方晶体。

每一个立方晶体由立方体构成，每个立方体都具有8个顶点和12条棱，
而立方体之间的联系又有其规则性，称为晶体结构。

立方晶体的边界实际上是晶体的外壳，晶体的内部有其独特的构造，体内由晶体结晶体元素组成，它们之间又有其规律性的联系。

经过一些研究，发现石英晶体结构具有极其复杂而又完备的构造，它可以通过结晶体元素的空间排列形成一种微小而精确的结构，从而使晶体具有各种用途和功能。

石英晶体结构中，晶体结构元素之间的空间排列形成一种四边形结构，被称为晶胞，晶胞的边长越短，它的晶体结构就越高级。

这使得石英晶体有能够反射光线，实现精确的时钟、如何传输信号，制作宝石等等有用的功能。

石英晶体的晶体结构不仅仅是影响它的外观性质，而且也影响到它的性能和功能。

因此，在研究和使用石英晶体时，对其晶体结构的了解是至关重要的。

石英晶体结构是一个非常复杂而又多样的结构，
其丰富的功能可以为人们的日常生活提供强大的帮助和支持。

石英晶体的特点
石英晶体是一种极为常见的晶体，主要由二氧化硅(SiO2)构成，具有很多特点和应用价值。

石英晶体具有高硬度和高抗磨性。

在矿物学中，石英晶体是硬度最高的矿物之一，其硬度达到7级。

此外，石英晶体具有很好的耐磨性，可以在高温高压等恶劣环境下长期保持其物理性质。

石英晶体具有很好的光学性能。

石英晶体的折射率很高，因此在光学领域得到了广泛应用。

例如，石英晶体可以用来制造光学棱镜、光学窗口等光学元件，还可以用来制造光学仪器的镜片、透镜等。

石英晶体还具有很好的电学性能。

石英晶体在电场作用下会发生压电效应，即在机械应力作用下，会产生电荷分布，从而产生电场。

这种性质使得石英晶体在电子领域得到了广泛应用，例如制造石英晶体振荡器、滤波器等电子元件，还可以用于制造电子钟表、计算机等电子产品。

石英晶体还具有很好的化学稳定性。

石英晶体不易被化学物质腐蚀，可以在强酸、强碱等腐蚀性环境中长期稳定存在。

这种性质使得石英晶体可以用于制造化学仪器、实验室设备等。

石英晶体具有很多优良的特性和应用价值，其在光学、电子、化学等多个领域都拥有广泛的应用。

随着科技的不断进步，石英晶体的
应用领域还将不断扩展，展现出更大的价值和潜力。

石英晶体quartz crystal二氧化硅(SiO)的单晶体，又称水晶，有天然和人造的两种。

石英晶体是一种重要的电子材料。

沿一定方向切割的石英晶片，当受到机械应力作用时将产生与应力成正比的电场或电荷，这种现象称为正压电效应。

反之，当石英晶片受到电场作用时将产生与电场成正比的应变，这种现象称为逆压电效应。

正、逆两种效应合称为压电效应。

石英晶体不仅具有压电效应，而且还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性。

用它设计制作的谐振器、振荡器和滤波器等，在稳频和选频方面都有突出的优点。

1880年法国P.居里发现石英晶体的压电效应。

直到第一次世界大战期间，石英晶体的压电效应才得到应用。

由于天然石英资源短缺，人们研究用人工方法进行培育。

1905年意大利学者用水热温差法制造出合成人造石英。

1960年美国西方电气公司建立了第一个人造石英工厂，人造石英进入工业化生产阶段。

现代用水热温差法培育的人造石英，质量已可与天然石英媲美，能满足电子技术的需要。

在大气压力下，石英的熔点为1750[618-1]。

在573[618-1]以下时称石英，属于三方晶系32点群；在573～870[618-1]之间时称石英,属六方晶系622点群。

石英和石英都具有压电效应，但现代广泛使用的是石英，它的密度为2.65克／厘米，莫氏硬度为7。

理想的石英晶体外形见图。

它有一个三次旋转对称轴,三个互成120°夹角的二次旋转对称轴,三次轴与二次轴垂直。

晶轴与三次轴平行，晶轴、和[kg1]则分别与三个二次轴平行。

[kg1]轴与轴重合，轴与轴重合。

根据石英晶体的旋光性质，石英还可分为右旋石英和左旋石英(图[石英晶体的理想外形图」)沿方向施加压力时，右旋石英的轴正向带正电，左旋石英的轴正向带负电。

石英晶体的轴为光轴，光线沿轴通过晶体时不产生双折射现象。

轴称为电轴,沿轴或轴施加压力时,在轴方向产生电效应。

轴称为机械轴，沿轴或轴施加压力时，在轴方向不产生电效应。

石英晶体基础知识目录一、石英晶体的基本知识 (2)1、化学物理特性 (2)2、石英晶体的振动模式 (3)3、石英晶片的切型 (5)二、AT 石英谐振器的特性 (8)1、频率方程 (8)2、AT 切石英谐振器的频率温度特性 (8)三、AT 切石英谐振器的加工制造 (15)1、X 光定向粘板 (15)2、石英晶片切割 (16)3、X 光测角 (17)4、粘砣，切籽晶及改圆 (17)5、研磨 (18)6、滚筒倒边 (18)7、石英片的腐蚀 (19)8、镀基膜 (19)9、石英晶体的装架 (20)10、微调 (22)11、真空烘烤和封装 (22)12、密封性能检查 (23)13、石英谐振器的老化 (23)14、石英谐振器的测试 (23)一、石英晶体的基本知识1、化学物理特性①水晶的成份SiO2，在常压下不同温度时，石英晶体的结构不同，温度T＜573 ℃时α石英晶体，当573℃＜T＜870℃时β石英晶体，熔点是1750℃，我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。

②具有压电特性：发现压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。

逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。

石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。

③具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。

④是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60°，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′，相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。

石英晶体基础知识石英，学名二氧化硅。

是自然界分布最广的物质之一。

它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有β石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。

石英晶体的性质石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。

在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。

因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。

石英晶体的结构石英晶体的理想外型见图 1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。

石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面（柱面），六个 R 面（大棱面），六个 r （小棱面），六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。

实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。

石英晶体的缺陷水晶常见的缺陷有：双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等石英晶体谐振器工作原理如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。

同时又通过正压电效应而输出电信号。

一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。

石英晶体谐振器的特性•等效电路如图 1-2 ：•工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ：•主要技术要求主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。

电气特性1 ）谐振特性通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变，当 F=fm 时，电流有最大值 Im ，这时谐振器阻抗最小。