低溫石英常呈帶尖頂?shù)牧街鶢罹w產(chǎn)出，柱面有橫紋，類似于六方雙錐狀的尖頂實際上是由兩個菱面體單形所形成的。石英集合體通常呈粒狀、塊狀或晶簇、晶腺等。純凈的石英無色透明，玻璃光澤，貝殼狀斷口上具油脂光澤，無解理。受壓或受熱能產(chǎn)生電效應(yīng)。

　　石英晶體變種

　　壓電材料 石英因粒度、顏色、包裹體等的不同而有許多變種。無色透明的石英稱為水晶，紫色水晶俗稱紫晶，煙黃色、煙褐色至近黑色的俗稱茶晶、煙晶或墨晶，玫瑰紅色的俗稱芙蓉石;呈腎狀、鐘乳狀的隱晶質(zhì)石英稱石髓，具不同顏色同心條帶構(gòu)造的晶腺叫瑪瑙，瑪瑙晶腺內(nèi)部有明顯可見的液態(tài)包裹體的俗稱瑪瑙水膽，細(xì)粒微晶組成的灰色至黑色隱晶質(zhì)石英稱燧石，俗稱火石。

　　煙晶 石英的用途很廣。無裂隙、無缺陷的水晶單晶用作壓電材料，來制造石英諧振器和濾波器。一般石英可以作為玻璃原料，紫色、粉色的石英和瑪瑙還可作雕刻工藝美術(shù)的原料。

　　石英是最重要的造巖礦物之一，在火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖中均有廣泛分布。巴西是世界著名的水晶出產(chǎn)國，曾發(fā)現(xiàn)直徑2.5米、高5米、重達(dá)40余噸的水晶晶體

　　石英晶體物理特性

　　晶系：六方晶系

　　晶體：等軸狀、柱狀、六方雙錐面形

　　集合體型態(tài)：塊狀、粗粒狀、鐘乳狀、結(jié)核狀

　　硬度：摩氏硬度為7

　　解理/斷口：貝殼狀斷口

　　光澤：玻璃光澤

　　顏色：無、白，帶有點灰、黃到橙黃、紫、深紫、粉紅、灰褐、褐、黑

　　條痕：白色

　　比重：2.65 ~ 2.66

　　其他：(1)具脆性

　　(2)具有熱電性

　　(3)折射率 1.533 ~ 1.541,雙折射率差 0.009，色散 0.013

　　(4)石英具有強(qiáng)烈的壓電性(Piezoelectric property)，即用力敲擊摩擦?xí)r會產(chǎn)生火花，這也就是燧石取火的方法。

　　(5)石英內(nèi)常見的包裹體有：發(fā)晶(Hair crystal)-主要是金紅石;草入水晶-主要為電氣石;水膽水晶-石英中有液態(tài)包裹體;青石英-內(nèi)含淺藍(lán)色金紅石針狀物;乳石英-由細(xì)水孔洞引起混濁狀;綠石英-由板狀或碎片狀的綠泥石組成，有時可能是綠色針狀的陽起石;砂金石(Aventurine)-石英巖內(nèi)部含有綠色或紅褐色的云母細(xì)片，又名耀石英，俗稱東陵石。常見煙黑色至暗褐色的煙水晶，主要是這些巖類含有較多量具有放射性之鈾、釷元素的關(guān)系。

　　石英晶體材料應(yīng)用

　　石英晶體是一種重要的電子材料。沿一定方向切割的石英晶片，當(dāng)受到機(jī)械應(yīng)力作用時將產(chǎn)生與應(yīng)力成正比的電場或電荷，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)石英晶片受到電場作用時將產(chǎn)生與電場成正比的應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。正、逆兩種效應(yīng)合稱為壓電效應(yīng)。石英晶體不僅具有壓電效應(yīng)，而且還具有優(yōu)良的機(jī)械特性、電學(xué)特性和溫度特性。用它設(shè)計制作的諧振器、振蕩器和濾波器等，在穩(wěn)頻和選頻方面都有突出的優(yōu)點。

　　石英晶體技術(shù)指標(biāo)

　　常規(guī)指標(biāo)

　　·標(biāo)稱頻率：晶體元件規(guī)范所指定的頻率。

　　·調(diào)整頻差：基準(zhǔn)溫度時，工作頻率相對于標(biāo)稱頻率的最大允許偏離。常用ppm(1/10)表示。

　　·溫度頻差：在整個溫度范圍內(nèi)工作頻率相對于基準(zhǔn)溫度時工作頻率的允許偏離。常用ppm(1/10)表示。

　　·諧振電阻(Rr)：晶體元件在串聯(lián)諧振頻率Fr時的電阻值。

　　·負(fù)載電容(CL)： 與晶體元件一起決定負(fù)載諧振頻率FL的有效外界電容

　　·靜態(tài)電容(C0)

　　等效電路靜態(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積、晶片厚度和晶片加工工藝。它的常用計算公式為：

　　C0=KC0×Ae×F0+C常數(shù)

　　KC0——電容常數(shù)，其取值與裝架形式、晶片形狀有關(guān);

　　Ae——電極面積，單位mm;

　　F0——標(biāo)稱頻率，單位KHz;

　　C常數(shù)——常數(shù)，單位pF;

　　·動態(tài)電容(C1)

　　等效電路中動態(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積，另外還和晶片平行度、微調(diào)量的大小有關(guān)。它的常用公式為：

　　C1=KC1×Ae×F0+C常數(shù)

　　KC1——電容常數(shù);

　　Ae——電極面積，單位mm;

　　F0——標(biāo)稱頻率，單位KHz;

　　C常數(shù)——常數(shù)，單位pF;

　　·動態(tài)電感(L1)

　　等效電路中動態(tài)臂里的電感。動態(tài)電感與動態(tài)電容是一對相關(guān)量，它的常用公式為：

　　L1=1/(2πF0)2C1 (mH)

　　·串聯(lián)諧振頻率(Fr)

　　晶體元件電氣阻抗為電阻性的兩個頻率中較低的一個。

　　·負(fù)載諧振頻率(FL)

　　晶體元件與一負(fù)載電容串聯(lián)或并聯(lián)，其組合阻抗為電阻性的兩個頻率中的一個頻率。

　　·品質(zhì)因數(shù)(Q)

　　品質(zhì)因數(shù)又稱機(jī)械Q值，它是反映諧振器性能好壞的重要參數(shù)，它與L1和C1有如下關(guān)系

　　Q=wL1/Rr=1/wRrC1

　　如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且還會導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定。反之Q值越高，頻率越穩(wěn)定。

　　·相對負(fù)載頻率偏置(DL)

　　晶體負(fù)載諧振頻率相對于串聯(lián)諧振頻率的變化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似計算：

　　DL≈C1/2(C0+CL)

　　·相對頻率牽引范圍(DL1,L2)

　　晶體在兩個固定負(fù)載間的頻率變化量。

　　D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│

　　·牽引靈敏度(TS)

　　晶體頻率在一固定負(fù)載下的變化率 。

　　TS≈-C1 *1000/2*(C0+CL)2

　　·激勵電平相關(guān)性(DLD)

　　由于壓電效應(yīng)，激勵電平強(qiáng)迫諧振子產(chǎn)生機(jī)械振蕩，在這個過程中，加速度功轉(zhuǎn)化為動能和彈性能，功耗轉(zhuǎn)化為熱。后者的轉(zhuǎn)換是由于石英諧振子的內(nèi)部和外部的摩擦所造成的。

　　摩擦損耗與振動質(zhì)點的速度有關(guān)，當(dāng)震蕩不再是線性的，或當(dāng)石英振子內(nèi)部或其表面及安裝點的拉伸或應(yīng)變、位移或加速度達(dá)到臨界時，摩擦損耗將增加。因而引起頻率和電阻的變化。

　　加工過程中造成DLD不良的主要原因

　　——諧振子表面存在微粒污染。主要產(chǎn)生原因為生產(chǎn)環(huán)境不潔凈或非法接觸晶片表面;

　　——諧振子的機(jī)械損傷。主要產(chǎn)生原因為研磨過程中產(chǎn)生的劃痕。

　　——電極中存在微粒或銀球。主要產(chǎn)生原因為真空室不潔凈和鍍膜速率不合適。

　　——裝架是電極接觸不良;

　　——支架、電極和石英片之間存在機(jī)械應(yīng)力。

　　·寄生響應(yīng)

　　所有晶體元件除了主響應(yīng)(需要的頻率)之外，還有其它的頻率響應(yīng)。減弱寄生響應(yīng)的辦法是改變晶片的幾何尺寸、電極，以及晶片加工工藝，但是同時會改變晶體的動、靜態(tài)參數(shù)。

　　·寄生響應(yīng)的測量

　　⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度與最大寄生幅度的差值;

　?、芐PUR在最大寄生處的電阻;

　　⑶SPFR 最小電阻寄生與諧振頻率的距離，用Hz或ppm表示。