石英是一種壓電材料。當(dāng)電壓施加到兩個(gè)電極上時(shí)，一對(duì)電極相連的石英薄片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。振動(dòng)頻率主要是晶圓尺寸的函數(shù)。這種晶圓，如果適當(dāng)?shù)匕惭b上電極，就被稱為晶體諧振器，長(zhǎng)期以來(lái)一直用于控制無(wú)線電發(fā)射機(jī)的頻率，它也是電信通信設(shè)備的重要組成部分，其壓電特性被用于濾波器、振蕩器和其他設(shè)備。現(xiàn)在壓電石英晶體的時(shí)間和坐標(biāo)信號(hào)用于微處理器、計(jì)算機(jī)、可編程控制器、手表以及其他各種DSP等數(shù)字設(shè)備。

石英是二氧化硅(SiO2)的結(jié)晶形式。石英是一種硬、脆、透明的材料，密度為2649 kg/m3，熔點(diǎn)為1750℃。石英不溶于普通酸，但溶于氫氟酸和熱堿。當(dāng)石英加熱到573°C時(shí)，其晶體形態(tài)發(fā)生變化。高于這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度的穩(wěn)定形式被稱為高石英或β -石英，而低于573℃的穩(wěn)定形式被稱為低石英或α -石英。對(duì)于諧振器的應(yīng)用，只有石英是感興趣的，除非另有說(shuō)明，否則后續(xù)中的術(shù)語(yǔ)石英總是指石英。石英是一種豐富的天然材料，但將優(yōu)質(zhì)的天然石英從劣質(zhì)的天然石英中分離出來(lái)需要大量的勞動(dòng)力。雖然硅(主要以二氧化硅的形式存在，通常是小的石英晶體)占地殼的三分之一左右，但尺寸和質(zhì)量適合用于利用其壓電特性的設(shè)備的天然石英主要是在巴西發(fā)現(xiàn)的。天然石英的加工成本也很高，因?yàn)樗男螤詈痛笮《际请S機(jī)的。此外，一些質(zhì)量較差的石英片段僅經(jīng)過(guò)部分加工就被發(fā)現(xiàn)。天然石英中廣泛存在的雜質(zhì)常常使切割小晶圓變得不切實(shí)際。培養(yǎng)石英發(fā)展的第一個(gè)重要步驟是在1936年，當(dāng)時(shí)美國(guó)陸軍通信隊(duì)與Brush實(shí)驗(yàn)室簽訂了一份合同。杰夫，黑爾和索耶。這是由于具有良好壓電質(zhì)量的天然石英即將短缺，通常從巴西購(gòu)買。

今天，石英是人工生長(zhǎng)到特定尺寸的。晶體取向可控，純度均勻高。標(biāo)準(zhǔn)尺寸降低了切割晶圓的成本，并且雜質(zhì)廣泛分散，使得需要低驅(qū)動(dòng)功率的小型諧振器成為可能。

培養(yǎng)的石英在一個(gè)被稱為高壓滅菌器的大型壓力容器中生長(zhǎng)(見(jiàn)下面的示意圖)。

高壓滅菌器是一個(gè)金屬圓柱體，一端封閉，能夠承受高達(dá)每平方英寸30,000磅的壓力，內(nèi)部溫度為700至800華氏度。它通常高12至20英尺，直徑2至3英尺。

被稱為“玻璃或營(yíng)養(yǎng)物”的小片純石英(1至1.5英寸大小)被放置在金屬網(wǎng)籃中，并放入容器的下半部分。在籃子的頂部有一塊預(yù)先安排好的孔的鋼板，稱為“擋板”。擋板用于分離生長(zhǎng)(種子)區(qū)域和營(yíng)養(yǎng)區(qū)域，并幫助建立兩個(gè)區(qū)域之間的溫差。適當(dāng)定向的單晶板(無(wú)論是天然的還是培養(yǎng)的)，稱為“種子”，安裝在架子上，懸掛在容器上半部分擋板的頂部。然后用堿性水溶液(碳酸鈉或氫氧化鈉)填充到高壓滅菌器約80%的自由體積，以允許未來(lái)的液體膨脹，并使用高壓密封。高壓滅菌器然后通過(guò)一系列的電阻加熱器連接到圓柱體的外周帶到工作溫度。隨著溫度的升高，高壓滅菌器內(nèi)開(kāi)始產(chǎn)生壓力。在容器的下半部分達(dá)到700到800華氏度的溫度，而上半部分保持在70到80華氏度，比下半部分低。

在操作壓力和溫度下，玻璃溶解在容器下半部分的加熱溶液中，然后上升。當(dāng)它達(dá)到容器上部較低的溫度時(shí)，溶液變得過(guò)飽和，導(dǎo)致玻璃內(nèi)溶解的石英重新結(jié)晶到種子上。冷卻后的廢溶液返回容器的下半部分，重復(fù)這個(gè)循環(huán)，直到玻璃耗盡，培養(yǎng)的石英晶體石達(dá)到所需的大小。這種所謂的“水熱工藝”的時(shí)間范圍從25天到365天不等，具體取決于所需的石頭大小、性質(zhì)和工藝類型。

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