のアプリケーション “結晶材料“
結晶 電気の相互作用と変換を実現できる, 磁気, ライト, 音と力, 等. 現代の科学技術の発展に欠かせない重要な資料です. したがって、科学技術の開発の必要性は、眼内レンズの開発を促進しました.
特に固体マイクロエレクトロニクスの急速な発展による, 多種多様な 水晶材料 必要とされています, 半導体結晶を含む, レーザー結晶, シンチレーション結晶, 光学結晶, 超硬結晶, 絶縁性結晶と圧電性結晶.
材料科学開発のフロンティアは宇宙などの新技術と密接な関係がある, エレクトロニクス, レーザー, 新エネルギー開発, そして生物医学. 種類と応用例 水晶材料 非常に広いです. 以下に、いくつかの一般的な結晶材料とその応用範囲を簡単に紹介します。.
01. 半導体結晶
半導体結晶 半導体産業の主要な基礎原料です. アプリケーションの広さと重要性の観点から, 結晶材料の中で最初で最も重要な位置を占めます。.
半導体結晶は1950年代から開発されてきました. 第一世代の半導体を代表する材料: ゲルマニウム (Ge) 単結晶とシリコン 単結晶 (と), さまざまなダイオードで作られています, 三極管, 電界効果トランジスタ, SCRとハイパワー真空管, 等.
わずか十数個のユニット回路から数千のコンポーネントを含む超大規模集積回路までの集積回路の急速な発展は、集積回路を含むマイクロエレクトロニクス分野の急速な発展を引き起こしました。 (IC) 核として, 集積回路の動作を大幅に改善しました. 同時に, コストが削減される. これにより、宇宙研究における集積回路の幅広い応用が促進されます。, 核兵器, ミサイル, レーダー, 電子コンピュータ, 軍用通信機器と民生用.
第二世代の半導体材料はガリウムヒ素をベースとした化合物半導体です。 (GaAs), アンチモン化インジウム (InSb), リン化インジウム (InP), 主に高周波を作るために使用されます, 高速・高出力の電子機器.
衛星通信で広く使用されています, 移動体通信と光通信. GaAsおよびリン化インジウム半導体レーザーは光通信システムのキーデバイスとなっている, GaAs高速デバイスは、光ファイバーやモバイル通信の新たな産業も開拓しました。.
GaAsの原料, InP およびその他の化合物材料は希少であるため、合成によって形成する必要がある. 価格が比較的高い, そしてそれらは環境にとってさらに有害です, 広く使用することが難しく、制限されている, そして段階的に第 3 世代の半導体材料に置き換わります。.
第3世代半導体材料は炭化珪素に代表されるワイドバンドギャップ半導体材料が中心 (SiC), 窒化ガリウム (GaN), 酸化亜鉛 (ZnO), ダイヤモンド, および窒化アルミニウム (AlN).
第一世代および第二世代の半導体材料との比較, 第3世代の半導体材料は広いバンドギャップを持っています, 高絶縁破壊電界, 高い熱伝導率, 高い電子飽和率と高い放射線耐性.
したがって, 高温を作るのにより適しています, 高周波, 耐放射線性および高出力デバイス, ワイドバンドギャップ半導体材料と呼ばれることが多い (ギャップ幅が 2.2ev より大きい), 高温半導体材料としても知られています。.
一般的に, 窒化ガリウム, 炭化ケイ素やその他の材料はワイドバンドギャップ半導体と呼ばれます; 窒化ガリウム, 窒化アルミニウム, 窒化インジウムとその混晶材料は窒化物半導体と呼ばれます, または窒化ガリウム, ガリウムヒ素, リン化インジウムはIII-V族半導体と呼ばれます.
02. 光学結晶
光学結晶とは、光学部品として使用される結晶のことです。, ハロゲン化物結晶、フッ化リチウムなど, フッ化カルシウム, フッ化マグネシウム, フッ化バリウム, 紫外線および赤外線において良好な透過特性を持っています。, そのため、レーザーおよび一部の IR レーザーの紫外線エキシマ出力ウィンドウとして使用できます。, レンズ, プリズム, 偏光子, 波長板, 等.
酸化物など サファイアAl2O3, バナジウム酸イットリウム YVO4, 結晶, 等. 上記レーザーの作業窓としても使用可能, 光アイソレータ, サーキュレーター, ビームスプリッターと偏光子.
半導体単結晶シリコン, ゲルマニウム, セレン, ガリウムヒ素とセレン化亜鉛, 硫化亜鉛は遠赤外線の透過性能に優れています。, 炭酸ガスレーザーとしても使用可能 (出力ウィンドウ, レンズ, プリズム, 等)
03. レーザー結晶
レーザーって素晴らしいですね “物質”, そしてそれは原子力に次ぐ人類のもう一つの偉大な発見です, コンピューターと半導体. レーザーの輝度が非常に高いことは誰もが知っています, 到達できるのは 1 太陽の10億倍以上の明るさ;
レーザーは非常に純粋で単色性に優れています; レーザーは比類のないコリメートを備えています (直線伝播); 瞬時にエネルギーが爆発し、最も硬い物体さえも貫通して溶かすことができます。. したがって, レーザーは生産に広く使用されています, 生命と科学の研究, そしてそれは人々が自然を探索するための強力な武器です.
レーザーを発生する装置はレーザーと呼ばれます. 現在のさまざまなレーザーの中で, 全固体レーザーが最も有望である. レーザー結晶, 光共振器を介して外界から提供されるエネルギーを、時空間的にコヒーレントな高度に平行な単色レーザー結晶材料に変換できます。. 業界向けの基本的なサポート資料.
一般的なレーザー結晶材料には、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット結晶 Nd が含まれます。:ヤグ, ネオジムドープバナジン酸イットリウム結晶Nd:YVO4, ネオジムドープフッ化リチウムイットリウム結晶Nd:YLF, チタンサファイアクリスタル, ルビークリスタル, 等.
04. シンチレーションクリスタル
高エネルギー粒子の影響下で, 高エネルギー粒子の運動エネルギーを光エネルギーに変換し、蛍光を発する結晶をシンチレーション結晶といいます。. シンチレーション結晶はX線の検出に使用できます, ガンマ線, 中性子およびその他の高エネルギー粒子.
シンチレーション結晶を中心とした検出・イメージング技術は核医学に広く応用されています, 高エネルギー物理学, 安全検査, 工業用非破壊検査, 宇宙物理学と核探査.
一般的に使用されているシンチレーション結晶素材は人工的な方法で培養されたものです, そしてたくさんの種類があります. 現在のところ, 最もよく使用されるシンチレーション結晶は BGO です (ゲルマニウム酸ビスマスの略称, の一般名 Bi2O3-GeO2 シリーズ化合物), CSI (ヨウ化セシウム), PbWO4 (タングステン酸鉛) 等々.
05. 超硬結晶
ダイヤモンド, としても知られている “ダイヤモンド”, 天然鉱物であり、自然界に存在することが知られている中で最も硬い物質です。. エレメンタルクリスタル. 自然界で発見、採掘できるダイヤモンドは非常に稀です。. いつもの, 総重量が 1 カラットはあらゆる方法で入手できます 4 立方メートルの豊富な鉱石. クリスタルクリア, 完璧な大型ダイヤモンドはさらに希少です.
1950年代以降, 人々はさまざまな合成ダイヤモンドの方法を研究し、開発してきました。, 主に高温高圧を含む (HTP), 化学蒸着 (CVD), そして爆発. で 1955, GEは初めて高温高圧法を用いてダイヤモンド結晶を合成した.
1980年代, 世界はCVDダイヤモンド研究の急増を引き起こした, 熱線法など様々な製法を開発 (HFCVD), マイクロ波プラズマ (MPCVD) およびDCアークプラズマジェットCVD, 後のアプリケーションの基礎を築きました.
高い硬度はダイヤモンドの多くの特徴の 1 つです. 非常に高い硬度のダイヤモンドを使用, さまざまなツールに準備できます, 石材の加工において、かけがえのない役割を果たしています。, 非鉄金属, 難削材複合材料 (炭素繊維複合材料など). 効率的に達成するには, 高精度, 環境に優しい加工.
ダイヤモンドといえば, 新しいタイプの超硬材料である立方晶窒化ホウ素結晶と結合させることができる, 立方晶窒化ホウ素-CBN, 結晶構造はダイヤモンドに似ています, 硬度はダイヤモンドよりわずかに低い, しかし、その熱安定性はダイヤモンドよりもはるかに高いです , 鉄系金属元素に対する化学的安定性が高い.
立方晶窒化ホウ素研磨材の研削性能は非常に優れています。, 難削材の加工だけでなく、, 生産性も向上します, 化学的不活性, ワークピースの研削品質を効果的に向上させることができます.
06. 圧電結晶材料
水晶に外力が加わった場合, 結晶は分極して表面電荷を形成します, これは正の圧電効果と呼ばれます; 逆に, 結晶が外部電場にさらされたとき, 結晶が変形してしまう, 逆圧電効果と呼ばれるものです. 圧電効果を持つ結晶を圧電結晶と呼びます, 対称中心のない結晶内にのみ存在します。.
最も早く発見された圧電結晶は水晶である (α-SiO2), 周波数安定性の特性を持ち、理想的な圧電材料です。, 共振器の製造に使用できます, フィルター, トランスデューサー, 光偏向器, 弾性表面波デバイスおよび各種サーマル, ガスに敏感な, 感光性および化学薬品に敏感なデバイス, 等. 人々の日常生活にも広く使われています, クォーツ時計などの, 電子時計, カラーテレビ, ステレオラジオとテープレコーダー.
近年では, 多くの新しい圧電結晶が開発されています, ニオブ酸リチウムなど (LiNbO3) とニオブ酸カリウム (KNbO3) ペロブスカイト構造を持つ. この結晶の圧電効果を利用して, 色々な装置が作れます, 軍事産業や民間産業で広く使用されています, 血圧計など, 圧電キーボード, 遅延線, 発振器, 超音波トランスデューサ, 圧電トランス, 等.
07. 絶縁性結晶
絶縁ウエハの代表例はマイカウエハです。. 雲母は層状珪酸塩鉱物の総称です. 断熱性があるのが特徴です, 透明度, 耐熱性, 耐食性, 剥がしやすさと弾力性. モーターに広く使用されています, 電気製品, エレクトロニクス, ラジオや家電製品.
経済と国防の建設において重要な役割を果たしています. 天然雲母にはたくさんの種類がありますが、, 業界で最も広く使用されているのは白雲母です。, 続いて金雲母.
多くの国で天然雲母の埋蔵量が少ないため, 特に高品質の, 大型マイカ, エレクトロニクス産業の発展ニーズに応えられない, 合成雲母は1950年代から研究されてきた.
合成雲母は純度など優れた特性を持っているため、, 透明度, クォーツの用途は何ですか, 耐食性と電気絶縁性, 合成マイカ枚葉ウェーハは以下の用途に使用できます。:
① 各種真空装置のラックの断熱, 加速器などの, 電離箱, マグネトロンと電子管, 等. ;
②窓材, マイクロ波管出力窓など, 高温炉観察窓と耐酸・耐アルカリ窓;
③火力発電所の高圧ボイラー水位計;
④ 高温コンデンサ, 白金線表面温度計のスケルトン, 等.
以下のクリスタルカッティングビデオを参考にしてください:
https://www.youtube.com/watch?v=VA3P7tIrT44
