0391-3932988
  •  焦作科爾光電科技有限公司;
  •  焦作科爾光電科技有限公司;
您當前位置:首頁 > 新聞動態

人工晶體的種類和應用
作者:jzkegd  來源:本站  發表時間:2017-11-6 14:57:53  點擊:755
 

人工晶體的種類和應用

 

人工晶體是人類根據結晶物質的物理化學特性,是在認識并掌握了一般晶體的生長規律與生長習性的基礎上,運用人類創建的眾多單晶生長技術或方法以及生長設備而生成或合成出的。除自然界存在的全部晶體外,還能制備出自然界不存在的、符合人類意愿的并具有重大應用價值的新型晶體結構。如何使晶體生長成優質大尺寸晶體,這始終是晶體生長工作者的中心研究課題,其中有生長設備、生長工藝、生長環境條件、生長技術和生長規律等問題,所涉及的問題甚多,需要精益求精地進行研究,最終才能得到豐碩的研究成果。按功能來分,晶體有20 種之多,如半導體晶體、磁光晶體、激光晶體、電光晶體、聲光晶體、非線性光學晶體、壓電晶體、熱釋電晶體、鐵電晶體、閃爍晶體、光色晶體、超導晶體以及多功能晶體等。以下簡單介紹其中重要的幾種。


1. 半導體晶體
    
半導體晶體是半導體工業的主要基礎材料, 從應用的廣泛性和重要性來看, 它在晶體中占有頭等重要的地位。半導體的電阻率對其雜質含量、環境溫度以及光照等外界條件有非常高的靈敏度。由于半導體晶體具有這種特殊的光電性質,使其成為一類具有廣闊應用前景的新型電子材料,成為當今發展微電子、光電子工業的核心材料。半導體晶體具有以上奇異的導電和光電特性與其特殊的電子能帶結構有光。

第一代半導體晶體是鍺( Ge) 單晶和硅單晶 (Si) 。由它們制成的各種二極管、三極管、場效應管、可控硅及大功率管等器件, 在無線電子工業上有著 極其廣泛的用途。它們的發展使得集成電路從只包括十幾個單元電路飛速發展到含有成千上萬個元件的超大規模集成電路, 從而極大地促進了電子產品的微小型化, 大大提高了工作的可靠性, 同時又降低了成本, 進而促進了集成電路在空間研究、核武器、導彈、雷達、電子計算機、軍事通信裝備及民用等方面的廣泛應用。目前, 除了向大直徑、高純度、高均勻度及無缺陷方向發展的硅單晶之外, 人們又研究了第二代半導體晶體——族化合物, (CaAs) 、磷化鎵( GaP) 等單晶。近來, 為了滿足對更高性能的需求,已發展到三元或多元化合物等半導體晶體。在半導體晶體材料中, 特別值得一提的是氮化鎵( GaN) 晶體。由于它具有很寬的禁帶寬度(室溫下為3. 4eV) , 因而是藍綠光發光二級管(LED) 、激光二極管(LD) 及高功率集成電路的理想材料,近年來在全世界范圍內掀起了研究熱潮, 成為炙手可熱的研究焦點。

 

 
2. 激光晶體
    固體激光器是目前使用最多的激光器之一,絕大多數固體激光器核心是晶體材料,稱之為激光晶體。激光晶體可將外界提供的能量通過光學諧振腔轉化為激光輸出。已獲得有激光輸出的晶體有數百種以上,但真正成為激光工作物質的主要有紅寶石(Al2O3Cr)、釔鋁石榴石,對激光晶體的研究主要是向波長可調諧、高效率和大功率、多功能的方向發展。近年來, 由于新的激光晶體的不斷出現以及非線性倍頻、差頻、參量振蕩等技術的發展, 利用激光晶體得到的激光已涉及紫外、可見光到紅外譜區,并被成功地應用于軍事技術、宇宙探索、醫學、化學等眾多領域。


3. 非線性光學晶體
   
光通過晶體進行傳播時, 會引起晶體的電極化。當光強不太大時, 晶體的電極化強度與光頻電場之間呈線性關系, 其非線性關系可以被忽略; 但是, 當光強很大時, 如激光通過晶體進行傳播時, 電極化強度與光頻電場之間的非線性關系變得十分顯著而不能忽略, 這種與光強有關的光學效應稱為非線性光學效應, 具有這種效應的晶體就稱為非線性光學晶體。非線性光學晶體與激光緊密相連, 是實現激光的頻率轉換、調制、偏轉和Q開關等技術的關鍵材料。當前,直接利用激光晶體獲得的激光波段有限, 從紫外到紅外譜區, 尚有激光空白波段。而利用非線性光學晶體, 可將激光晶體直接輸出的激光轉換成新波段的激光, 從而開辟新的激光光源, 拓展激光晶體的應用范圍。常用的非線性光學晶體有碘酸鋰(α - Li IO3) 、鈮酸鋰、鈮酸鉀晶體。

 

4. 壓電晶體
   
當晶體受到外力作用時, 晶體會發生極化, 并形成表面電荷, 這種現象稱為正壓電效應; 反之, 當晶體受到外加電場作用時, 晶體會產生形變, 這種現象稱為逆壓電效應。具有壓電效應的晶體則稱為壓電晶體,它只存在于沒有對稱中心的晶類中。最早發現的壓電晶體是水晶(α- SiO2) 。它具有頻率穩定的特性, 是一種理想的壓電材料, 可用來制造諧振器、濾波器、換能器、光偏轉器、聲表面波器件及各種熱敏、氣敏、光敏和化學敏器件等。它還被廣泛地應用于人們的日常生活中, 如石英表、電子鐘、彩色電視機、立體聲收音機及錄音機等。 近年來, 人們又研制出許多新的壓電晶體,鈮酸鋰(LiNbO3) 、鉭酸鋰(LiTaO3)鉭酸鉀( KTaO3) ,利用這些晶體的壓電效應,可制成各種器件, 廣泛地用于軍事上和民用工業, 如血壓計、呼吸心音測定器、壓電鍵盤、延遲線、振蕩器、放大器、壓電泵、超聲換能器、壓電變壓器等。


5. 閃爍晶體

   閃爍晶體是一類在高能射線(r射線、X射線)或原子核離子作用下能產生熒光的晶體材料,隨著作用于發光晶體的射線強度不同,有時發光是不連續的閃光,具有發閃光的晶體,稱為閃爍晶體。最早得到應用的閃爍晶體是摻鉈碘化鈉(Tl :NaI) 晶體。該晶體的發光波長在可見光區,閃爍效率高, 又易于生長大尺寸單晶, 在核科學和核工業上得到廣泛的應用。20 世紀80 年代初, 我國生長了大尺寸鍺酸鉍(Bi 4Ge 3O12) 單晶。利用閃爍晶體制成的輻射探測器,已廣泛地用于高能物理、核物理、空間物理、醫學、工業檢測和地質勘探等領域。

 

6. 聲光晶體

     當光波和聲波同時射到晶體上時, 聲波和光波之間將會產生相互作用, 從而可用于控制光束, 如使光束發生偏轉、使光強和頻率發生變化等, 這種晶體稱為聲光晶體, 如鉬酸鉛( PbMoO4) 、二氧化碲(TeO2) 等。利用這些晶體,人們可制成各種聲光器件, 如聲光偏轉器、聲光調Q 開關、聲表面波器件等, 從而把這些晶體廣泛地用于映像、掃描、計量學、光譜學以及光纖通訊技術等領域。

 

 

7. 電光晶體
   
在外加電場作用下折射率發生變化,從而使通過晶體的一束激光分解為兩束偏振方向相互垂直的偏振光,并產生一根位差效應的晶體。使用于激光的調制和偏振,常用的電光晶體有鈮酸鋰(LiNbO3) 、鉭酸鋰(LiTaO3)以及磷酸二氫鉀(KDP)類晶體。

 

8. 光折變晶體
   
光折變晶體是眾多晶體中最奇妙的一種晶體。當外界微弱的激光照到這種晶體上時, 晶體中的載流子被激發, 在晶體中遷移并重新被捕獲, 使得晶體內部產生空間電荷場, 然后, 通過電光效應,空間電荷場改變晶體中折射率的空間分布, 形成折射率光柵,從而產生光析變效應。光折變效應的特點是, 在弱光作用下就可表現出明顯的效應。目前, 有應用價值的光折變晶體有鈦酸鋇(BaTiO3) 、鈮酸鉀( KNbO3) 、鈮酸鋰(LiNbO3) 、鈮酸鍶鋇(Sr1 - xBaxNb2O6) 系列、硅酸鉍(Bi 12SiO20) 等晶體。當前, 光折變晶體已發展成一種新穎的功能晶體, 在光的圖像和信息處理、相位共軛、全息存儲、光通訊和光計算機神經網絡等方面展示著良好的應用前景。

 

 

9.  熱釋電晶體  

     在溫度變化時,某些晶體由于結構上非對稱性,能在某一結晶學方向上引起正負電荷重心的相對位移,改變其自發極化狀態,從而使該方向兩邊產生數量相等、符號相反的束縛電荷。具有這種性質的晶體稱為熱釋電晶體。發現的熱釋電晶體中,目前認為比較有前途的是硫酸甘罐氨酸(TGS)、鈮酸鍶鋇(SBN)、硫酸鋰(LSH)和鉭酸鋰(LiTaO3)晶體等。利用晶體的熱釋電效應,可以制成紅外熱釋電探測器,紅外熱釋電攝像管等,廣泛應用于大氣溫度測量、紅外探測、紅外報警器、夜視儀、紅外預警衛星等各個領域。
   
隨著人們對晶體認識的不斷深入, 晶體研究的方向也逐步地發生著變化, 其總的發展趨勢是: 從晶態轉向非晶態; 從體單晶轉向薄膜晶體; 從通常的晶格轉向超晶格; 從單一功能轉向多功能; 從體性質轉向表面性質;從無機擴展到有機,等等。此外, 鑒于充分認識到晶體結構性能關系的重要性, 人們已經開始利用分子設計來探索各種新型晶體。而且, 隨著光子晶體和納米晶體的出現和發展, 人類對晶體的認識更是有了新的飛躍??梢韻嘈?/SPAN>, 在不久的將來, 晶體的品種將會更多、性能將會更優異、應用范圍也將會越來越廣。
   
總之,晶體不僅是美麗的,而且也是有用的。它蘊涵著豐富的內容, 是人類寶貴的財富。但迄今為止, 人們對它的認識猶如冰山之一角, 還有許多未知領域等待著我們去探索。

 

上條新聞:晶體的缺陷