本發(fā)明涉及一種黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的零/近零頻率溫度系數(shù)切型及其加工方法與應(yīng)用，屬于頻率選擇/控制與器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

利用壓電晶體的零/近零頻率溫度系數(shù)切型，可以制成多種頻率選擇器件(如濾波器)和頻率控制器件(如諧振器、振蕩器)，這種切型是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵材料，在遙測(cè)導(dǎo)航、軍事雷達(dá)和電視衛(wèi)星接收器等系統(tǒng)中有十分重要的應(yīng)用。石英晶體具有零頻率溫度系數(shù)切型，且頻率隨溫度變化非常穩(wěn)定，廣泛用于制作頻率控制用器件，但器件應(yīng)用溫度范圍較窄(-40～100℃)，且壓電系數(shù)(d₁₁＝2.3pC/N)和機(jī)電耦合系數(shù)(低于8％)較低，難以滿足現(xiàn)代電子通信技術(shù)快速發(fā)展需求。因此，探究具有零/近零頻率溫度系數(shù)切型的壓電晶體已經(jīng)成為材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

中國(guó)專利文件CN101847975A(申請(qǐng)?zhí)枺?01010136214.3)公開(kāi)了一種NdCa₄O(BO₃)₃晶體零頻率溫度系數(shù)切型及應(yīng)用，晶體旋轉(zhuǎn)α角度，記為(ZXw)α,-20°≤α≤45°，切型尺寸比例為厚度∶寬度∶長(zhǎng)度＝1∶(2-3)∶(6-10)。NdCa₄O(BO₃)₃晶片切型的寬度方向上鍍鉑金電極,電極厚度為200-220nm；采用寬度切變振動(dòng)模式,在-140-200℃范圍內(nèi)，晶片諧振頻率的溫度穩(wěn)定性控制在0～25ppm/℃。

但是，上述晶體零頻率溫度系數(shù)切型的應(yīng)用溫度范圍仍然較窄，不能滿足較大溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用需求，尤其是較大高溫范圍內(nèi)的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中石英晶體零頻率溫度系數(shù)切型應(yīng)用溫度范圍較窄和應(yīng)用溫度較低的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的零/近零頻率溫度系數(shù)的切型，在諧振器、振蕩器、濾波器等器件方面獲得較大的溫度應(yīng)用范圍。

在20～600℃，黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)晶體的彈性常數(shù)隨溫度變化比較穩(wěn)定(如SrGdGa₃O₇晶體20～600℃內(nèi)頻率溫度穩(wěn)定性為-10ppm/℃)，從頻率控制角度來(lái)講，存在零/近零頻率溫度系數(shù)切型，黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)晶體的零/近零頻率溫度系數(shù)切型可使器件的工作溫度范圍有較大的提高，滿足頻率控制/選擇器件較大溫度應(yīng)用范圍的使用要求。但是并不是所有晶體的所有切型都屬于零/近零頻率溫度系數(shù)切型，因此，從眾多切型中選擇出零/近零頻率溫度系數(shù)切型，便是本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)。

術(shù)語(yǔ)解釋：

1、壓電切型：表示壓電晶片切割方位的一種表示符號(hào)，它包括一組字母和角度，前兩個(gè)字母分別表示原始方位的厚度方向和長(zhǎng)度方向，其余字母表示作為旋轉(zhuǎn)軸的晶片棱邊。根據(jù)第一次旋轉(zhuǎn)是基于長(zhǎng)度、寬度和厚度方向的旋轉(zhuǎn)，符號(hào)的第三個(gè)字母分別用l、w、t表示。如果只需要一次旋轉(zhuǎn)，則符號(hào)只有三個(gè)字母，如果需要二次甚至三次旋轉(zhuǎn)，那么可根據(jù)同樣的法則選用第四個(gè)和第五個(gè)字母。例如：(XYtw)γ/β切型，含義是晶片原始方位厚度方向?yàn)閄，原始方位長(zhǎng)度方向?yàn)閅，以厚度t方向(即X方向)為旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)γ角度，然后以寬度w方向(即Y方向)為旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)β角度加工的切型。

2、零/近零頻率溫度系數(shù)切型：壓電晶片在某種振動(dòng)模式激發(fā)產(chǎn)生諧振頻率和反諧振頻率，諧振頻率隨著溫度的變化是溫度的函數(shù)，諧振頻率溫度特性方程的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

f₀是在參考溫度T₀下的諧振頻率，T為任意參考溫度，a₀、b₀、c₀分別為T₀下的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)頻率溫度系數(shù)。當(dāng)頻率溫度系數(shù)等于零或接近零時(shí)對(duì)應(yīng)的壓電切型，就是零/近零頻率溫度系數(shù)切型。例如，本發(fā)明所用的參考溫度T₀可為室溫20℃。

3、不同振動(dòng)模式下的諧振頻率：

A.壓電常數(shù)d₁₄激發(fā)的面切變振動(dòng)模式下的諧振頻率：所用壓電晶片為X-cut方片，在X方向加電場(chǎng)，由d₁₄激發(fā)面剪切振動(dòng)模式(在YZ平面內(nèi)的T₄形變)，得到彈性柔順常數(shù)s₄₄對(duì)應(yīng)的諧振頻率。

B.壓電常數(shù)d₃₆激發(fā)的面切變振動(dòng)模式下的諧振頻率：所用壓電晶片為Z-cut方片，在Z方向加電場(chǎng)，由d₃₆激發(fā)面剪切振動(dòng)模式(在XY平面內(nèi)的T₆形變)，得到s₆₆對(duì)應(yīng)的諧振頻率。

C.壓電常數(shù)d₁₂’激發(fā)的橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式下的諧振頻率：所用壓電晶片為XYtθ長(zhǎng)條片，在X方向加電場(chǎng)，由d₁₂’激發(fā)橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式，得到s₂₂’對(duì)應(yīng)的諧振頻率(據(jù)此可以計(jì)算彈性柔順常數(shù)s₁₁、s₁₃和s₃₃)。

D.壓電常數(shù)d₃₁’激發(fā)的橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式下的諧振頻率：所用壓電晶片為ZXtα長(zhǎng)條片，在Z方向加電場(chǎng)，由d₃₁’激發(fā)橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式，得到s₁₁’對(duì)應(yīng)的諧振頻率(據(jù)此可以計(jì)算s₁₁和s₁₂)。

E.壓電常數(shù)d₁₂*激發(fā)的橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式下的諧振頻率：所用壓電晶片為XYtwθ/γ(沿著X軸旋轉(zhuǎn)θ°，然后繞著Z軸旋轉(zhuǎn)γ°)，在X方向加電場(chǎng)，由d₁₂*激發(fā)橫向Y方向的長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式，得到s₂₂*對(duì)應(yīng)的諧振頻率。

F.壓電常數(shù)d₁₃*激發(fā)的橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式下的諧振頻率：所用壓電晶片為XZltθ/δ(沿著Z軸旋轉(zhuǎn)θ°，然后繞著X軸旋轉(zhuǎn)δ°)，在X方向加電場(chǎng)，由d₁₃*激發(fā)橫向Z方向的橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式，得到s₃₃*對(duì)應(yīng)的諧振頻率。

G.厚度振動(dòng)模式下的諧振頻率：厚度振動(dòng)模式包括厚度切變振動(dòng)模式、厚度伸縮振動(dòng)模式。厚度切變振動(dòng)既有縱效應(yīng)振動(dòng)又有橫效應(yīng)振動(dòng)；厚度伸縮振動(dòng)只有縱效應(yīng)振動(dòng)，其彈性波為縱波。以ZYwθ切型為例，在Y方向加電場(chǎng)，可得到彈性硬度常數(shù)c₅₅*對(duì)應(yīng)的諧振頻率。

物理參數(shù)(如彈性常數(shù)s和壓電常數(shù)d)加上標(biāo)號(hào)“’”“*”表示在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中測(cè)得的對(duì)應(yīng)參數(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種零/近零頻率溫度系數(shù)切型，采用黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體；所述黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的通式為：(A¹A²)₂{(B¹B²)(C¹C²)}₃O₇；A¹＝Ca、Sr、Ba，A²＝La、Nd、Pr、Sm、Gd；B¹＝Mg、Zn，B²＝Al、Ga；C¹＝Al、Ga，C²＝Si、Ge。

通式中，(A¹A²)₂表示A¹、A²總共的原子個(gè)數(shù)為2個(gè)；{(B¹B²)(C¹C²)}₃表示B¹、B²、C¹、C²總共的原子個(gè)數(shù)為3個(gè)；A¹、A²相同或不同，B¹、B²、C¹、C²相同或不同。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的分子式分為如下三種形式：

(A¹A²)₂(C¹C²)₃O₇，進(jìn)一步優(yōu)選CaLaGa₂AlO₇、SrGdGa₃O₇、SrPrGa₃O₇、SrNdGa₃O₇、BaGdAl₃O₇或BaPrGa₂AlO₇；

(A¹A²)₂(B¹B²)₂(C¹C²)₁O₇，進(jìn)一步優(yōu)選Ca₂Ga₂SiO₇、Ca₂Al₂SiO₇、Ca₂GaAlSiO₇、CaSrGa₂SiO₇或Ba₂Ga₂AlO₇；

(A¹A²)₂(B¹B²)₁(C¹C²)₂O₇，進(jìn)一步優(yōu)選Ca₂ZnSi₂O₇、Ca₂MgGe₂O₇或Ba₂ZnSiGeO₇。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的零/近零頻率溫度系數(shù)切型為未旋轉(zhuǎn)、繞坐標(biāo)軸一次旋轉(zhuǎn)或二次旋轉(zhuǎn)的切型。黃長(zhǎng)石晶體屬于四方晶系，四方晶系物理學(xué)坐標(biāo)軸XYZ分別平行于晶體學(xué)坐標(biāo)軸abc。所述的零/近零頻率溫度系數(shù)切型進(jìn)一步優(yōu)選如下切型之一：

X-cut切型：厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度和寬度沿著Y和Z方向；

Z-cut切型：厚度方向?yàn)閆方向，長(zhǎng)度和寬度沿著X和Y方向；

XYtθ切型：原始方位厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閅方向，以厚度方向(即X方向)為旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ°后的切型；

ZXtα切型：原始方位厚度方向?yàn)閆方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閄方向，以厚度方向(即Z方向)為旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α°后的切型；

XYtwβ/γ切型：原始方位厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閅方向，沿著X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)β°后，再繞著旋轉(zhuǎn)后的Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ°后的切型；

XZltθ/δ切型：原始方位厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閅方向，沿著Z軸旋轉(zhuǎn)θ°后，再繞著旋轉(zhuǎn)后的X軸旋轉(zhuǎn)δ°后的切型；

旋轉(zhuǎn)角度0°≤α≤360°,0°≤β≤360°,0°≤θ≤360°,0°≤γ≤360°，0°≤δ≤360°。更優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)角度5°≤α≤85°,5°≤β≤85°,5°≤θ≤85°,5°≤γ≤85°，5°≤δ≤85°。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的零/近零頻率溫度系數(shù)切型為可以激發(fā)面切變振動(dòng)模式的切型、橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式的切型、縱向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式的切型、厚度振動(dòng)模式的切型；

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的面切變振動(dòng)模式的切型尺寸比例為厚度：寬度：長(zhǎng)度＝(1～2)：(6～10)：(6～10)，更優(yōu)選1.5：8：8；

所述的橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式的切型尺寸為厚度：寬度：長(zhǎng)度＝(1～2)：(3～4)：(10～12)，更優(yōu)選1.6：3.5：12；

所述的縱向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式的切型尺寸為厚度：寬度：長(zhǎng)度＝(1～4)：(1～4)：(4～12)，更優(yōu)選3：3：8；切型的截面優(yōu)選為正方形或圓形；

所述的厚度振動(dòng)模式的切型包括厚度切變振動(dòng)模式的切型和厚度伸縮振動(dòng)模式的切型；所述的厚度切變振動(dòng)模式的切型尺寸為厚度：寬度：長(zhǎng)度＝(1～2)：(6～7)：(12～14)，更優(yōu)選1:7:14；所述的厚度伸縮振動(dòng)模式的切型為薄圓片或薄方片，方片的邊長(zhǎng)l遠(yuǎn)大于厚度t。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的零/近零頻率溫度系數(shù)切型為如下切型中的一種：

SrGdGa₃O₇晶體的X-cut、XYt5°、XYt45°、XYt85°切型；

BaLaGa₃O₇晶體ZXt45°切型；

SrLaGa₃O₇晶體XYt45°切型；

SrNdGa₃O₇晶體的X-cut切型；

Ca₂Ga₂SiO₇晶體的XYt5°、ZXt45°切型；

Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt5°、XYt85°切型。

根據(jù)本發(fā)明，最優(yōu)選的，所述的零/近零頻率溫度系數(shù)切型為如下切型中的一種：

SrGdGa₃O₇晶體的X-cut、XYt45°切型；Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt85°切型；Ca₂Ga₂SiO₇晶體的XYt5°切型。

四方晶系物理學(xué)坐標(biāo)軸XYZ分別平行于晶體學(xué)坐標(biāo)軸abc，根據(jù)本發(fā)明，上述黃長(zhǎng)石型晶體零/近零頻率溫度系數(shù)切型的加工方法，包括步驟如下：

將黃長(zhǎng)石型晶體沿物理學(xué)坐標(biāo)軸定向(即確定X軸、Y軸方向和Z軸方向)，然后繞X、Y、Z坐標(biāo)軸未旋轉(zhuǎn)、一次或兩次旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，切割加工，即得到所需切型。

根據(jù)本發(fā)明，如下為黃長(zhǎng)石型晶體零/近零頻率溫度系數(shù)切型的加工方法，包括步驟如下：

X-cut樣品，加工的晶體樣品為方片，厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度和寬度沿著Y和Z方向，切型符號(hào)標(biāo)記為X-cut，樣品尺寸為(1～2)：(6～10)：(6～10)，優(yōu)選1.5：8：8mm³(X：Y：Z)；

Z-cut樣品，加工的晶體樣品為方片，厚度方向?yàn)閆方向，長(zhǎng)度和寬度沿著X和Y方向，切型符號(hào)標(biāo)記為Z-cut，樣品尺寸為(1～2)：(6～10)：(6～10)，優(yōu)選1.5：8：8(Z：X：Y)；

XYtθ樣品，加工的樣品原始方位的厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閅方向，以厚度方向即X軸為旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ°，切型符號(hào)標(biāo)記為XYtθ，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(X：Z：Y)。

ZXtα樣品，加工的樣品原始方位的厚度方向?yàn)閆方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閄方向，以厚度方向即Z軸為旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度為α°，切型符號(hào)標(biāo)記為ZXtα，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(Z：Y：X)；

XYtwβ/γ樣品，加工的樣品原始方位厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向Y方向，繞著X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)β°后，再繞著旋轉(zhuǎn)后的Z軸旋轉(zhuǎn)γ°，切型符號(hào)標(biāo)記為XYtwβ/γ，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(X：Z：Y)；

XZltθ/δ樣品，加工的樣品原始方位厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向Z方向，繞著Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ°后，再繞著旋轉(zhuǎn)后的X軸旋轉(zhuǎn)δ°，切型符號(hào)標(biāo)記為XZltθ/δ，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(X：Z：Y)。

旋轉(zhuǎn)角度0°≤α≤360°,0°≤β≤360°,0°≤θ≤360°,0°≤γ≤360°，0°≤δ≤360°，更優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)角度5°≤α≤85°,5°≤β≤85°,5°≤θ≤85°,5°≤γ≤85°，5°≤δ≤85°。

根據(jù)本發(fā)明，所述的零/近零頻率溫度系數(shù)切型的應(yīng)用，用作20～600℃范圍內(nèi)多種頻率選擇器件與頻率控制器件；

優(yōu)選的，所述的頻率選擇器件為濾波器，所述的頻率控制器件為諧振器振蕩器。

本發(fā)明所述黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的制備按現(xiàn)有技術(shù)即可，優(yōu)選采用熔體提拉法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明的黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的零/近零頻率溫度系數(shù)切型的應(yīng)用溫度范圍寬，可在20～600℃進(jìn)行應(yīng)用，頻率溫度穩(wěn)定性可達(dá)-10ppm/℃。

2、本發(fā)明黃長(zhǎng)石型壓電晶體具有室溫到熔點(diǎn)之間沒(méi)有相變、相變溫度高、物理化學(xué)機(jī)械性能穩(wěn)定、對(duì)稱性高、晶體加工簡(jiǎn)單、晶體易于用提拉法生長(zhǎng)制得大尺寸單晶等優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明的黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)壓電晶體的零/近零頻率溫度系數(shù)切型制得的器件具有頻率溫度穩(wěn)定性高、應(yīng)用溫度范圍大、應(yīng)用溫度高、壓電系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，使得基于黃長(zhǎng)石型結(jié)構(gòu)晶體的頻率選擇和頻率控制器件具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的樣品零/近零頻率溫度補(bǔ)償切型在坐標(biāo)系中示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例7中的樣品零/近零頻率溫度補(bǔ)償切型在坐標(biāo)系中示意圖；其中：(a)為未旋轉(zhuǎn)的XY切型在坐標(biāo)系中示意圖，(b)為經(jīng)過(guò)繞X軸一次旋轉(zhuǎn)后的XYtθ切型在坐標(biāo)系中示意圖，(c)為經(jīng)過(guò)繞X軸一次旋轉(zhuǎn)后再經(jīng)過(guò)繞Z軸第二次旋轉(zhuǎn)后的XYtwθ/γ切型在坐標(biāo)系中示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中SrGdGa₃O₇晶體樣品零/近零頻率溫度補(bǔ)償切型在20～600℃范圍內(nèi)頻率隨溫度的變化關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為參考溫度為室溫下頻率的相對(duì)變化量。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中BaLaGa₃O₇晶體ZXt45°切型、SrLaGa₃O₇晶體XYt45°切型、SrNdGa₃O₇晶體的X-cut切型在20～600℃范圍內(nèi)頻率隨溫度的變化關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為參考溫度為室溫下頻率的相對(duì)變化量。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例3中Ca₂Ga₂SiO₇晶體的XYt5°切型、Ca₂Ga₂SiO₇晶體的ZXt45°切型、Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt5°切型、Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt85°切型在20～600℃范圍內(nèi)頻率隨溫度的變化關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為參考溫度為室溫下頻率的相對(duì)變化量。

具體實(shí)施方式：

下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。

實(shí)施例中所用生長(zhǎng)裝置為感應(yīng)加熱提拉式單晶爐DJL-400B型，四川福斯特科技有限公司生產(chǎn)；實(shí)施例中所用測(cè)試儀器為HP4184A，美國(guó)安捷倫公司生產(chǎn)。

1、晶體生長(zhǎng)

晶體生長(zhǎng)包括如下步驟：

(1)按照(A¹A²)₂{(B¹B²)₁(C¹C²)}₃O₇式中各組分的摩爾比(如果原料中有Ga₂O₃，由于高溫下Ga₂O₃揮發(fā)，則將其過(guò)量總質(zhì)量的1％～2％)稱量原料并混合均勻后壓塊，把壓塊后的多晶料放置在鉑金坩堝中于700～1300℃燒結(jié)10-15h，獲得生長(zhǎng)晶體用多晶料；

(2)將多晶料放到銥金坩堝內(nèi)，置于抽真空并充氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體(爐內(nèi)氣氛為體積比為2％：98％的O₂和N₂)的提拉爐中，緩慢升溫到1300～1700℃使多晶料熔化；恒溫一段時(shí)間后，下籽晶，晶體生長(zhǎng)溫度在1300～1700℃之間，晶體生長(zhǎng)的提拉速度為0.5～1.5毫米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速為10～35轉(zhuǎn)/分鐘；

(3)晶體生長(zhǎng)完成后緩慢降溫至室溫；將生長(zhǎng)好的晶體置于退火爐中退火，退火溫度在700～1000℃，退火氣氛為空氣。

上述步驟(2)中優(yōu)選晶體生長(zhǎng)的提拉速度為0.5-1.0毫米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速15-20轉(zhuǎn)/分鐘。

上述步驟(2)中為使固相反應(yīng)完全，優(yōu)選多晶料熔化后恒溫2-10小時(shí)，再下籽晶。

上述步驟(2)中多晶料熔化后，為防止籽晶開(kāi)裂，優(yōu)選把籽晶緩慢搖到熔體上方。

上述步驟(3)中晶體提脫熔體后，為防止晶體開(kāi)裂，優(yōu)選將晶體緩慢降溫至室溫。降溫速率優(yōu)選20℃/小時(shí)。

上述步驟(2)中晶體生長(zhǎng)周期可根據(jù)對(duì)壓電晶體尺寸的測(cè)試和應(yīng)用需要而定，一般7-15天可獲得尺寸≥Φ30×50mm³的晶體。

2、黃長(zhǎng)石型晶體零/近零頻率溫度補(bǔ)償切型樣品加工

黃長(zhǎng)石晶體屬于四方晶系，四方晶系物理學(xué)坐標(biāo)軸XYZ分別平行于晶體學(xué)坐標(biāo)軸abc。

X-cut樣品，加工的晶體樣品為方片，厚度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度和寬度沿著Y和Z方向，切型符號(hào)標(biāo)記為X-cut，樣品尺寸為(1～2)：(6～10)：(6～10)，優(yōu)選1.5：8：8mm³(X：Y：Z)。

Z-cut樣品，加工的晶體樣品為方片，厚度方向?yàn)閆方向，長(zhǎng)度和寬度沿著X和Y方向，切型符號(hào)標(biāo)記為Z-cut，樣品尺寸為(1～2)：(6～10)：(6～10)，優(yōu)選1.5：8：8(Z：X：Y)。

XYtθ樣品，加工的樣品厚度方向?yàn)閄方向，繞著厚度X方向即以X方向?yàn)樽鴺?biāo)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ°，長(zhǎng)度方向?yàn)樾D(zhuǎn)后的Y方向，切型符號(hào)標(biāo)記為XYtθ，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(X：Z：Y)。

ZXtα樣品，加工的樣品厚度方向?yàn)閆方向，繞著厚度Z方向即以Z方向?yàn)樽鴺?biāo)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度為α°，長(zhǎng)度方向?yàn)樾D(zhuǎn)后的X方向，切型符號(hào)標(biāo)記為ZXtα，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(Z：Y：X)。

XYtwβ/γ樣品，加工的樣品厚度方向?yàn)閄方向，繞著X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)β°后，再繞著旋轉(zhuǎn)后的Z軸旋轉(zhuǎn)γ°，長(zhǎng)度方向?yàn)樾D(zhuǎn)兩次后的Y方向，切型符號(hào)標(biāo)記為XYtwβ/γ，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(X：Z：Y)。

XZltθ/δ樣品，加工的樣品厚度方向?yàn)閄方向，繞著Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ°后，再繞著旋轉(zhuǎn)后的X軸旋轉(zhuǎn)δ°，長(zhǎng)度方向?yàn)樾D(zhuǎn)兩次后的Z方向，切型符號(hào)標(biāo)記為XZltθ/δ，樣品尺寸為(1～2)：(3～4)：(10～12)，優(yōu)選1.6：3.5：12(X：Z：Y)。

3、性能測(cè)試

在黃長(zhǎng)石型晶體補(bǔ)償切型樣品大面(長(zhǎng)度×寬度)上濺射厚度為200nm的鉑金電極，然后把樣品放于與阻抗分析儀(HP4184A)相連接的程序控制升溫爐中，測(cè)試并記錄不同激發(fā)模式下的頻率溫度關(guān)系。

實(shí)施例1：參照上述樣品加工步驟，加工SrGdGa₃O₇晶體樣品尺寸為1.5×8×8mm³(X×Y×Z)的X-cut，以及尺寸均為1.6×3.5×12mm³(X×Z×Y)的XYt5°、XYt45°、XYt85°長(zhǎng)條片樣品，在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試它們的頻率溫度特性，如圖3所示，研究發(fā)現(xiàn)X-cut、XYt5°、XYt45°、XYt85°的頻率溫度系數(shù)分別為-10ppm/℃、-32ppm/℃、-17ppm/℃和-25ppm/℃。樣品零/近零頻率溫度補(bǔ)償切型在坐標(biāo)系中示意圖如圖1所示。

實(shí)施例2：參照上述樣品加工步驟，加工BaLaGa₃O₇晶體ZXt45°長(zhǎng)條片樣品，尺寸為1.5×3.6×11.8mm³(Z×Y×X)，激發(fā)長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)。

加工SrLaGa₃O₇晶體XYt45°長(zhǎng)條片樣品，尺寸為1.6×3.8×12.0mm³(X×Z×Y)，激發(fā)長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)。

加工SrNdGa₃O₇晶體的X-cut樣品，樣品尺寸為1.5×7.8×7.8mm³(X×Y×Z)，激發(fā)面切變振動(dòng)。

在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試上述三種切型的頻率溫度特性，如圖4所示，研究發(fā)現(xiàn)BaLaGa₃O₇晶體ZXt45°切型、SrLaGa₃O₇晶體XYt45°切型、SrNdGa₃O₇晶體的X-cut切型的頻率溫度系數(shù)分別為-53，-43，-52ppm/℃。

實(shí)施例3：參照上述樣品加工步驟，加工Ca₂Ga₂SiO₇晶體的XYt5°和ZXt45°長(zhǎng)條片樣品，樣品尺寸為1.6×3.5×12mm³(X×Z×Y)，激發(fā)橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)。

加工Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt5°和XYt85°，樣品尺寸為1.4×3.6×11.8mm³(X×Z×Y)，激發(fā)橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)。

在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試頻率溫度特性，如圖5所示，研究發(fā)現(xiàn)Ca₂Ga₂SiO₇晶體的XYt5°切型、Ca₂Ga₂SiO₇晶體的ZXt45°切型、Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt5°切型、Ca₂MgSi₂O₇晶體的XYt85°切型的頻率溫度系數(shù)分別為-21，-43，-25，-24ppm/℃。需要指出的是，圖5中Ca₂MgSi₂O₇晶體的頻率相對(duì)量隨溫度變化在75℃左右有異常峰，與晶體的公度-無(wú)公度相變有關(guān)。

實(shí)施例4：參照上述樣品加工步驟，加工SrPrGa₃O₇晶體的XYt5°、XYt15°、XYt20°，XYt25°、XYt30°、XYt35°、XYt5°、XYt45°、XYt50°、XYt55°、XYt60°、XYt65° XYt70°、XYt75°、XYt80°、XYt85°，以及ZXt5°、ZXt10°、ZXt15°、ZXt20°、ZXt25°、ZXt30°、ZXt35°、ZXt40°、ZXt45°、ZXt50°、ZXt55°、ZXt60°、ZXt65°、ZXt70°、ZXt75°、ZXt80°、ZXt85°長(zhǎng)條片，樣品尺寸為1.6×3.5×12mm³，激發(fā)橫向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)，在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試頻率溫度特性，計(jì)算頻率溫度系數(shù)。

上述步驟中確定頻率溫度系數(shù)近零時(shí)對(duì)應(yīng)的切型后，加工旋轉(zhuǎn)角度為該切型角度上下波動(dòng)4°(每隔1°)的切型，在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試頻率溫度特性，計(jì)算頻率溫度系數(shù)。

實(shí)施例5：參照上述樣品加工步驟，加工Ca₂ZnSi₂O₇晶體的XYt5°、XYt15°、XYt20°，XYt25°、XYt30°、XYt35°、XYt5°、XYt45°、XYt50°、XYt55°、XYt60°、XYt65° XYt70°、XYt75°、XYt80°、XYt85°，以及ZXt5°、ZXt10°、ZXt15°、ZXt20°、ZXt25°、ZXt30°、ZXt35°、ZXt40°、ZXt45°、ZXt50°、ZXt55°、ZXt60°、ZXt65°、ZXt70°、ZXt75°、ZXt80°、ZXt85°方片，樣品尺寸為(1～2)×(6～10)×(6～10)mm³，優(yōu)選1.5×8×8mm³(X×Y×Z)，激發(fā)面剪切振動(dòng)，在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試頻率溫度特性，計(jì)算頻率溫度系數(shù)。

上述步驟中確定頻率溫度系數(shù)近零時(shí)對(duì)應(yīng)的切型后，加工旋轉(zhuǎn)角度為該切型角度上下波動(dòng)4°(每隔1°)的切型，在20-600℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試頻率溫度特性，計(jì)算頻率溫度系數(shù)。

實(shí)施例6：參照上述樣品加工步驟，加工CaLaGa₂AlO₇晶體X-cut和Z-cut方片，XYt5°、XYt30°、XYt45°、XYt60°、XYt85°、ZXt30°、ZXt45°和ZXt60°長(zhǎng)條片，測(cè)試它們的諧振-反諧振頻率在20-600℃溫度范圍內(nèi)隨溫度的變化，得到不同振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的頻率溫度系數(shù)和全矩陣彈性常數(shù)(s₁₁、s₁₂、s₁₃、s₃₃、s₄₄、s₆₆)。

實(shí)施例7：二次旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中壓電補(bǔ)償切型的頻率溫度特性。參照上述樣品加工和測(cè)試步驟，測(cè)得20-600℃范圍內(nèi)不同溫度下Ca₂Al₂SiO₇晶體全矩陣彈性常數(shù)。二次旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中壓電補(bǔ)償切型，即繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)兩次，以XYtwθ/γ切型為例，該切型在坐標(biāo)系中示意圖如圖2(c)所示。圖2描述了未旋轉(zhuǎn)的XY切型如圖2(a)所示，經(jīng)過(guò)一次旋轉(zhuǎn)(繞X軸)后變?yōu)閄Ytθ切型如圖2(b)所示，再經(jīng)過(guò)第二次旋轉(zhuǎn)(繞Z軸)變?yōu)閄Ytwθ/γ切型如圖2(c)所示的旋轉(zhuǎn)過(guò)程。根據(jù)坐標(biāo)變換，全矩陣彈性常數(shù)發(fā)生了變化。新坐標(biāo)系中彈性常數(shù)以s₂₂*為例說(shuō)明，s₂₂*表達(dá)式為：

同時(shí)，彈性常數(shù)也是溫度的函數(shù)，二次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后彈性常數(shù)s₂₂*在任意溫度T下表達(dá)式為：

把彈性常數(shù)同時(shí)對(duì)溫度和旋轉(zhuǎn)角度作圖，曲線上的不變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)零頻率溫度系數(shù)切型，從交點(diǎn)處可以得出旋轉(zhuǎn)角度。加工零頻率溫度系數(shù)切型，測(cè)試20-600℃頻率溫度特性。

實(shí)施例8：二次旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中壓電補(bǔ)償切型的頻率溫度特性。參照上述樣品加工和測(cè)試步驟，測(cè)得20-600℃范圍內(nèi)不同溫度下BaLaGa_2.5Al_0.5O₇晶體全矩陣彈性常數(shù)。繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)兩次，以XZltθ/γ切型為例，根據(jù)坐標(biāo)變換，全矩陣彈性常數(shù)發(fā)生了變化。新坐標(biāo)系中彈性常數(shù)以s₃₃*為例說(shuō)明，s₃₃*表達(dá)式為：

同時(shí)，彈性常數(shù)也是溫度的函數(shù)，二次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后彈性常數(shù)s₃₃*在任意溫度T下表達(dá)式為：

把彈性剛度常數(shù)同時(shí)對(duì)溫度和旋轉(zhuǎn)角度作圖，曲線上的不變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)零頻率溫度系數(shù)切型，從交點(diǎn)處可以得出旋轉(zhuǎn)角度。加工零頻率溫度系數(shù)切型，測(cè)試20-600℃頻率溫度特性。