《晶体的应用》PPT课件.ppt
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1、l晶体材料的应用晶体材料的应用l 晶体能实现电、磁、光、声和力等的交互作用和转换,它是近代科晶体能实现电、磁、光、声和力等的交互作用和转换,它是近代科学技术发展中不可缺少的重要材料天然晶体无论在品种、质量和数学技术发展中不可缺少的重要材料天然晶体无论在品种、质量和数量等方面,都远远不能满足近代科学技术发展的需要,因而促进了人量等方面,都远远不能满足近代科学技术发展的需要,因而促进了人工晶体的发展。特别是由于固体微电子学的日新月异的发展,更加需工晶体的发展。特别是由于固体微电子学的日新月异的发展,更加需要品种繁多的大量的晶体材料,其中包括半导体晶体、电介质晶体、要品种繁多的大量的晶体材料,其中包
2、括半导体晶体、电介质晶体、光学晶体、超硬晶体、绝缘晶体以及各种敏感晶体材料等晶体材料光学晶体、超硬晶体、绝缘晶体以及各种敏感晶体材料等晶体材料处于材料科学发展的前沿。它与空间、电子、激光、红外、新能源开处于材料科学发展的前沿。它与空间、电子、激光、红外、新能源开发等新技术密切相关因此,晶体材料对近代科学技术的发展起到了发等新技术密切相关因此,晶体材料对近代科学技术的发展起到了重要的推动作用重要的推动作用1l10.1.半导体晶体半导体晶体l半半导导体体在在人人工工晶晶体体中中占占有有头头等等重重要要的的地地位位,现现已已形形成成一一个个独独立立的分支学科半导体工业的发展来源于半导体单晶材料,它是
3、的分支学科半导体工业的发展来源于半导体单晶材料,它是l微电子技术、光电子技术的主要基础材料微电子技术、光电子技术的主要基础材料l五五十十年年代代初初,用用提提拉拉法法生生长长了了锗锗(Ge)单单晶晶、硅硅(si)单单晶晶,稍稍后后,发发展展了了锗锗(Ge)的的区区域域提提纯纯技技术术和和硅硅(si)的的无无坩坩埚埚区区域域提提纯纯技技术术,从从而而成成功功地地生生长长出出高高纯纯度度的的锗锗、硅硅单单晶晶,大大大大地地推推动动了了半半导导体体器件的发展。器件的发展。2l 在在半半导导体体晶晶体体材材料料中中,目目前前,除除了了向向大大直直径径、高高纯纯度度、高高均均匀匀度度以及无缺陷的方向发展
4、的硅单晶以外近些年来,人们对以及无缺陷的方向发展的硅单晶以外近些年来,人们对IIIV族族l半半导导体体晶晶体体材材料料也也发发生生了了浓浓厚厚的的兴兴趣趣,这这是是因因为为IIIV族族半半导导体体晶晶体体材材料料能能满满足足多多种种性性能能的的需需求求这这种种半半导导体体晶晶体体材材料料在在新新技技术术中中的的应应用用,主主要要用用于于包包括括高高速速信信号号处处理理、通通信信、传传感感、显显示示以以及及许许多多其其他他方方面面用用金金属属半半导导体体场场效效应应晶晶体体管管、结结型型场场效效应应晶晶体体营营、双双极极晶晶体体管管、肖肖脱脱基基二二极极管管、发发光光二二极极管管、光光探探测测器
5、器、光光波波导导、声声表表面面浊浊和和其其他他功功能能器器件件的的各各种种组组合合元元件件构构成成的的集集成成电电路路正正在在不不断断探探索索、发发展展和和应应用用。典典型的有砷化镓型的有砷化镓(GeAs)单晶体、氮化镓(单晶体、氮化镓(GaN)单晶体等。)单晶体等。3l10.2.压电晶体材料压电晶体材料l 水水晶晶具具有有频频率率稳稳定定的的特特性性,这这是是一一种种较较理理想想的的压压电电晶晶体体材材料料,可可广广泛泛地地应应用用于于制制作作谐谐振振器器、滤滤波波器器、换换能能器器和和声声表表面面波波器器件件等等到到了了八八十十年年代代的的今今天天,由由于于电电子子技技术术的的需需求求,大
6、大大大地地促促进进了了人人工工水水晶晶的的研究和发展,其产量也大幅度地增长。研究和发展,其产量也大幅度地增长。l 近近些些年年来来,人人们们又又研研制制成成功功了了许许多多新新型型的的压压电电晶晶体体,主主要要有有钙钙钛钛矿矿型型结结构构的的铌铌酸酸锂锂(LiNbO3)、钽钽酸酸锂锂(LiTa03)、铌铌酸酸钾钾(KNbO3)、钽钽酸酸钾钾(KTa03)等等晶晶体体,和和钨钨青青铜铜型型结结构构的的铌铌酸酸铅铅钡钡(SBN)、铌铌酸酸钡钡钠钠(BNN)和和铌铌酸酸钾钾锂锂(KLiNbO3)等等晶晶体体,以以及及层层状状结结构构的的钛钛酸酸铋铋和和锗锗酸酸铋铋等等晶晶体体4l 利利用用压压电电晶
7、晶体体制制成成的的器器件件,种种类类繁繁多多,从从军军用用到到民民用用,例例如如:利利用用晶晶体体的的正正电电效效应应制制成成的的传传感感器器有有:振振动动速速度度计计、血血压压计计、呼呼吸吸心心音音测测定定仪仪、压压电电按按钮钮和和流流体体监监控控器器等等,利利用用晶晶体体的的逆逆压压电电效效应应可可作作滤滤波波器器、放放大大器器、压压电电键键盘盘等等;利利用用压压电电振振子子的的伸伸缩缩性性能能,可可制制作作位位移移发发生生器器、压压电电继继电电器器、压压电电毛毛细细管管注注液液器器、压压电电泵泵和和压压电电阀阀门门等等在在压压电电器器件件中中,发发展展既既快快,而而又又用用得得最最多多的
8、的是是超超声声换换能能器器,这这种种超超声声换换能能器器在在军军队队中中是是用用于于水水下下接接收收和和发发射射,在在民民用用中中是是用用于于超超声声医医疗疗、探探伤伤、清清洗洗和和乳乳化化等等在在同同一一仪仪器器装装置置中中,既既可可利利用用晶晶体体的的压压电电效效应应,又又可可利利用用其其逆逆压压电电效效应应,便便可可构构成成一一种种具具有有特特殊殊功功能能的的压压电电器器件件,如如:压压电陀螺、线性加速计和压电变压器等电陀螺、线性加速计和压电变压器等5l10.3.热释电晶体材料热释电晶体材料l 六十年代中期,先后出现了热敏类的热释电探测器所六十年代中期,先后出现了热敏类的热释电探测器所l
9、用的晶体材料为硫酸三甘肽用的晶体材料为硫酸三甘肽(TGS)晶体系列硫酸三甘肽晶体晶体系列硫酸三甘肽晶体l系列是当前国内外研究得最多的一种热释电晶体到了七十年系列是当前国内外研究得最多的一种热释电晶体到了七十年l代代,又又相相继继出出现现了了性性能能更更好好的的铌铌酸酸锂锂、钽钽酸酸锂锂、钛钛酸酸铅铅、锗锗酸酸铅等热释电晶体铅等热释电晶体6l 掺掺杂杂TGS和和钽钽酸酸锂锂晶晶体体两两种种热热释释电电探探测测器器的的应应用用范范围围在在国国内内现现已已逐逐渐渐得得到到推推广广,例例如如:利利用用这这两两种种探探测测器器可可作作为为红红外外分分光光光光度度计计的的接接收收器器、红红外外分分光光测测
10、量量系系统统、傅傅里里叶叶光光谱谱仪仪接接收收器器、远远红红外外激激光光测测定定器器、对辐射功率定标、激光通信中的接收器、红外辐射测温等对辐射功率定标、激光通信中的接收器、红外辐射测温等l 在国外,各种类型的热释电红外探测器件已广泛地用于国防、在国外,各种类型的热释电红外探测器件已广泛地用于国防、l医疗、工业和家用电器等领域,诸如:入侵报警、火灾报警、非接医疗、工业和家用电器等领域,诸如:入侵报警、火灾报警、非接l触测温、温度异常控制、烹调控温和高级玩具等触测温、温度异常控制、烹调控温和高级玩具等7l10.4.磁性晶体材料磁性晶体材料l磁性材料可分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类磁性材料可
11、分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类l金金属属磁磁性性多多晶晶材材料料(如如:硅硅铁铁合合金金、铁铁镍镍合合金金等等)在在电电力力、电电信信和自控等方面都得到了广泛的应用。和自控等方面都得到了广泛的应用。l铁铁氧氧体体是是属属于于非非金金属属磁磁性性材材料料,它它是是由由铁铁和和其其他他一一种种或或多多种种金金属属组组成成的的复复合合氧氧化化物物,铁铁氧氧体体磁磁性性材材料料可可分分为为软软磁磁铁铁氧氧体体、硬硬磁铁氧体、旋磁铁氧休、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种磁铁氧体、旋磁铁氧休、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种8l 软软磁磁铁铁氧氧体体如如锰锰锌锌铁铁氧氧体体和和镍镍锌锌铁铁氧氧体体等等,这
12、这种种铁铁氧氧体体在在较较弱弱的的磁磁场场作作用用下下易易磁磁化化,也也易易退退磁磁化化,主主要要用用作作各各种种电电感感器器件件,如如滤滤波波器器磁磁芯芯、变压器磁芯、天线磁芯、偏转磁芯以及多路通信等的记录磁头的磁芯变压器磁芯、天线磁芯、偏转磁芯以及多路通信等的记录磁头的磁芯l 钡钡铁铁氧氧体体等等硬硬磁磁铁铁氧氧体体(又又称称永永磁磁铁铁氧氧体体)主主要要用用于于电电信信器器件件中中的的录录音器、微音器、拾音器、电话机以及各种仪表中的磁铁等。音器、微音器、拾音器、电话机以及各种仪表中的磁铁等。l 旋旋磁磁铁铁氧氧体体,又又称称微微波波铁铁氧氧体体,如如镁镁锰锰铁铁氧氧体体、钇钇铁铁石石榴榴
13、石石铁铁氧氧体体等主要用于雷达、通信、导航、退测、遥控等电子设备等主要用于雷达、通信、导航、退测、遥控等电子设备l 矩矩磁磁铁铁氧氧体体是是指指具具有有矩矩形形磁磁滞滞回回线线的的铁铁氧氧体体,如如:镁镁锰锰铁铁氧氧体体和和锂锂锰锰铁铁氧氧体体等等,这这种种材材料料主主要要用用作作各各种种类类型型电电子子计计算算机机的的存存储储磁磁芯芯、在在自自动控制、雷达导航、宇宙航行、信息处理等方面也得到不少的应用动控制、雷达导航、宇宙航行、信息处理等方面也得到不少的应用l 压压磁磁铁铁氧氧体体是是指指磁磁化化时时能能在在磁磁场场方方向向作作机机械械伸伸长长成成缩缩短短,即即有有磁磁致致仲仲缩缩现现象象,
14、如如:镍镍锌锌铁铁氧氧体体、镍镍铜铜铁铁氧氧体体等等,这这种种材材料料主主要要用用于于超超声声、水声、磁声、电信、水下电视、电子计算机和自动控制等器件水声、磁声、电信、水下电视、电子计算机和自动控制等器件9l10.5.光学晶体材料光学晶体材料l 晶晶体体在在光光学学仪仪器器中中的的主主要要应应用用是是制制作作光光学学元元件件,光光学学元元件件的的种种类类繁繁多多,其其范范围围是是从从早早巳巳采采用用的的透透镜镜、棱棱镜镜等等光光学学元元件件开开始始到到以以光光电电子子学为基础的半导体激光器、光电二极管以及集成光路等学为基础的半导体激光器、光电二极管以及集成光路等l 光光学学元元件件若若按按照照
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