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，長期以來一直用于控制無線電發(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。對于諧振器的應(yīng)用，只有石英是感興趣的，除非另有說明，否則后續(xù)中的術(shù)語石英總是指石英。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，通常從巴西購買。

今天，石英是人工生長到特定尺寸的。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(見下面的示意圖)。

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(種子)區(qū)域和營養(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，以允許未來的液體膨脹，并使用高壓密封。高壓滅菌器然后通過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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