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′。

石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120°的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a （或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。

如图：a、b、c、d 为晶体坐标系

X、Y、Z 为直角坐标系

⑤ 具有双折射现象：

但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。

⑥ 石英晶体的密度ρ=2.65g/cm2，硬度为莫氏硬度7，在常温常压下不溶于三酸（HCL,H2SO4,HNO3），属于溶解度极小的物质，但是氢氟酸和氟化氢铵却是石英晶体良好的溶解液，其化学反应方程式

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

SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O

其特性用于石英片的腐蚀。

3、石英晶片的切型

石英晶片对晶体坐标轴某种方位的切割称为石英晶片的切型。由于石英晶体的各向异性，不同切型的石英片，因其弹性性质，压电性质，温度性质不同，其电特性和热特性也各异。

下图表示的是各种切型的位置：

① 切型符号表示：

石英晶体的切型符号有两种表示方法，一种是IRE 标准规定的符号表示法，另一种是石英晶体所特有的习惯符号表示法。IRE 规定的切型符号用一组字母（XYZlWt）和角度表示，用XYZ 中三个字母的先后排列来表示晶片的厚度和长度沿坐标轴的原始方位，用t（厚度）、l（长度）、W（宽度）来表示旋转的方位，角度的正号表示逆时针旋转、负号表示顺时针旋转。

例：（Yxl）35° 原始晶片角度：Y 方向

原始晶片长度：X 方向

绕长度方向（X 轴）逆时针旋转35°即得到晶片的切割方位，（XYtl）5°/-50°厚度t（X 轴）逆时针旋转5°，再绕长度l（Y 轴）顺时针旋转50°，即是石英片的切割方位。