復(fù)旦大學(xué)材料物理第14課

1、0 10.4.2在水晶中產(chǎn)生壓電效應(yīng)的機(jī)理(a)3-I，0一氣-I第14課 晶體的壓電性質(zhì)壓電性質(zhì)：電介質(zhì)不僅在電場(chǎng)中可以極化，某些電介質(zhì)通過(guò)形變也可以產(chǎn)生極化。凡通過(guò)形變而產(chǎn)生極化現(xiàn)象的電介質(zhì)晶體叫壓電晶體(piezoelectric crystal)。當(dāng)某些電介質(zhì)晶體在外力作用下發(fā)生形變時(shí)，它的某些表面上會(huì)出現(xiàn)電荷積累，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 正壓電效應(yīng) 【即：受力t電荷】。當(dāng)在壓電晶體上施加電場(chǎng)時(shí)，晶體形狀產(chǎn)生微小變化(如果電場(chǎng)是交變的，就會(huì)引起晶體振動(dòng))，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為 反壓電效應(yīng) 【即：電壓T受力】。正壓電效應(yīng):壓電效應(yīng)首先是在水晶晶體上發(fā)現(xiàn)的。如果按照?qǐng)D10.4.1所示的方位，從晶體中切割出垂

2、直于x軸的晶片，則稱(chēng)為x-切晶片。當(dāng)沿垂直于晶片方向(即平行于晶體 2次軸的方向)對(duì)晶片施加壓力時(shí)，在晶片垂直于x軸的兩側(cè)面上就會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷；當(dāng)以張力代替壓力時(shí)，則電荷改變符號(hào)。如果沿X2方向?qū)┘訅毫?或張力)，則在晶片垂直于X軸側(cè)面上也會(huì)出現(xiàn)電荷， 但電荷符號(hào)與上一種情況正好相反。上述水晶的壓電效應(yīng)，可用圖10. 4. 2來(lái)說(shuō)明。圖10. 4. 2(a)為水晶的構(gòu) 造基元Si02在(00 01)面上投影。質(zhì)點(diǎn)的正電荷重心和負(fù)電 荷重心的分布情況，如圖10. 4. 2(b)所示。這里假定正、負(fù)電荷重心是重合的，整個(gè)晶體總電矩等于零，因而晶體表面不帶電。當(dāng)沿 x1方向(2

3、次軸方向) 對(duì)晶體施加壓力時(shí)，晶體由于發(fā)生形變而 導(dǎo)致正、負(fù)電荷重心分離，即電偶極矩發(fā) 生了變化，從而引起晶體在垂直于該方向 的表面帶電的現(xiàn)象(圖10. 4. 2(c)。如果 沿x2方向施加壓力，由于形變而在垂直 于2次軸的表面上產(chǎn)生帶電的情況，如圖10. 4. 2(d)所示。如果用拉伸代替壓縮， 則表面帶電情況正好相反?？梢?jiàn)，壓電效應(yīng)是由于晶體在外力作用下發(fā)生形變，電荷重心產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使晶體總電矩 發(fā)生改變?cè)斐傻?。?shí)驗(yàn)還表明，在壓力不太高的情況 下，由壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電偶極矩的大小， 與所加的應(yīng)力成正比。 例如.沿水晶晶體 2次軸方向施加單向張力時(shí)，單位體積的 電偶極矩的數(shù)值或單位面積上

4、的極化電 荷嚴(yán)由下式?jīng)Q定(極化強(qiáng)度)：P =d。(10-4-1)式中d是與仃無(wú)關(guān)的常數(shù)，稱(chēng)為壓電模 量；。為應(yīng)力。若用壓力代替張力，則極化方向相反。在一般情況下，應(yīng)力狀態(tài)需要用具有九 個(gè)分量的二階張量來(lái)確定，而晶體的極化則 只需要用具有三個(gè)分量的矢量來(lái)描述。實(shí)驗(yàn) 表明，當(dāng)任意的應(yīng)力作用在壓電晶體上時(shí)，(10-4-2)每一個(gè)極化分量P,都和所有的應(yīng)力分量 仃jK線(xiàn)性地聯(lián)系著。因此，對(duì)于 P1可寫(xiě)出下面方程:P =d111 ；-11,d112；-12 ,d113；- 13 , d121；- 21 .d122122 . d123、23 .d131131 'd132'-32 ，d133

5、二 33或?qū)憺镻_ = di , ： ,1 1jk jk(j,k =1,2,3)類(lèi)似，有P2 = d2 jk 二 jk ,P3 = d3jk；jk更一般的,P二 d I, 一 i ijk jk(i =1,2,3)圖5-1曲體壓電效應(yīng)的承*圖無(wú)對(duì)除中心的異像晶體”有對(duì)戳中心的步扔品休式中djk為壓電模運(yùn)，共有 27個(gè)分量，是一個(gè)三階張量。各壓電模量的物理意義如下:如果在晶體上施加單向張力仃11 ,則產(chǎn)生的極化分量有P1 = d111；，11,P2 = d211 二 11 ,Pj = d311；，11這樣，只要測(cè)量Pi、P2、P3,就可求出diii,d211,d311的數(shù)值。如果依次沿 x2軸和x

6、3軸方向施加張力，也可闡明其他dijk(j =k)的物理意義?！咀⒁猓捍藭r(shí)只得到了dijj !】在晶體上施加純切應(yīng)力仃12時(shí)，必然出現(xiàn)相等的分量仃21。這樣,P1 =d112、12d121- 21 = (d112d121)"12(d112+d)具有一定的物理意義，由于不可能設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)將d112和d分開(kāi)，為了消除在解釋d112和d121物理意義時(shí)的任意性，假設(shè)d112= d121。并在一般情況下,dijk = dikj(10-4-10)因此，張量dijk對(duì)后兩個(gè)下標(biāo)j和k是對(duì)稱(chēng)的，dijk的獨(dú)立分量由27個(gè)減少至18個(gè)。如果將dijk按下標(biāo)展開(kāi)，形成一個(gè)由三層組成的立方表，則用一

7、個(gè)下標(biāo)表示分量所在的層，第二個(gè)下標(biāo)表示所在行，第三個(gè)下 標(biāo)表示所在的列。這三層的排列如下：第一層第二層第三層(i =1)d111 , d112 ,d113(d121 ), d122 , d123(i =2)d211, d212 , d213(d221 ), d222 , d223(i =3)d311, d312 ,d313(d321), d322 , d323(d131)，( d132 )，d133(d231),( d232), d233(d331)，( d332)，d333括號(hào)內(nèi)為非獨(dú)立分量。這種排列成立方形的三層表示法，在計(jì)算上和書(shū)寫(xiě)上都極為不便。但由于它們的后兩個(gè)下標(biāo)是對(duì)稱(chēng)的，所以可采用

8、較為簡(jiǎn)單的矩陣表示。張量dijk的后兩個(gè)下標(biāo)可轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)化下標(biāo)表示的矩陣din (n=1,2,3,4,5,6)。矩陣din的各分量與張量djk各分量的關(guān)系為din =dj (n =1,2,3; j =1,2,3)din =2djk (n j k=9;j k=3,4,5)類(lèi)似，可以改寫(xiě)應(yīng)力張量二n =；=ii (n =1,2,3;i =1,2,3)二 n =二 ij (n j i9； j i =3,4,5)由此應(yīng)力矩陣可以寫(xiě)為:6-5采用矩陣表示后，(10-4-2)式可與成P =d1戶(hù) 11 .1 .1 .二 d14、4二 d15-5 '二 d16；- 6222,1 .1 .九；-2 &#

9、39; 二 d14" 4 二 d15；- 5221 .,不16；，九二32(10-4-11)更一般地可以有P =dinL(i =1,2,3;n=1,2,6)(10-4-12)R 二d1 二1 . 4202 . d13；:3 . d14；:4 . 4505 . 46二6din雖然在形式上與二階張din的矩陣可以寫(xiě)為:dud12d13d14d15dd21d22d23d24d25dd31d32d33d34d35d162636壓電模量矩陣表示比張量表示更為緊湊，在實(shí)用上也更為方便。但必須注意,量有相似之處，但不形成二階張量。(10-4-12)式也可寫(xiě)成下列矩陣形式:出1d1d12d13d14

10、d15d16P2=d21d22d23d24d25d261931d32d33d34d35d36r-j%3。4仃5尸6(10-4-14)(如果電場(chǎng)是交變的，就會(huì)引起晶體振動(dòng))。這個(gè)反壓電效應(yīng)當(dāng)在壓電晶體上施加電場(chǎng)時(shí)，晶體形狀產(chǎn)生微小變化現(xiàn)象稱(chēng)為反壓電效應(yīng)。在晶體中，電場(chǎng)矢量的分量A和描述晶體Ei形狀變化的應(yīng)變張量 Sj之間，存在著線(xiàn)性的關(guān)系。在反壓電效應(yīng)中，聯(lián)系電場(chǎng)和應(yīng)變的系數(shù)， 也就是在正壓電效應(yīng)中聯(lián)系應(yīng)力和極化的系數(shù)（即壓電*II量）。在正壓電效應(yīng)中，P =djk；”k(i =1,2,3)在反壓電效應(yīng)中,Sjk - dijkEi(10-4-15)為了將（10 415）式寫(xiě)成矩陣表示形式，需將應(yīng)

11、變張量寫(xiě)成簡(jiǎn)化下標(biāo)的形式。為此需作下列替換:S11S12 :S13S12S22S23卜:S6白512 S6S2:S4-S51s4S32SI3S23 =S33使用矩陣表示形式后，（10-4-15）一般可以寫(xiě)為Sn = dirEi(i =1,2,3;n =1,2，,6)(10-4-16)展開(kāi)為:-SJdud21d311S2九d22d32S3d13d23d33S4d14d24d34S5d15d25d35:&一d16d26d36 1-2E3.iE/I* 10 <1正，反壓電效應(yīng)的表示方法壓電效應(yīng)表示方法張量寫(xiě)法(i/，"1. 2, 3)炮陣寫(xiě)法1, 2, 3：打=1, 26）正

12、壓電效應(yīng)P; =反壓電效應(yīng)5" = 支壓電晶體材料晶體的壓電效應(yīng)是一種機(jī)電耦合效應(yīng)。當(dāng)壓電晶體受到應(yīng)力而產(chǎn)生形變時(shí)，離子偏離平衡位置，于是 就有可能出現(xiàn)電極化強(qiáng)度或電場(chǎng)強(qiáng)度。同樣，外加的電場(chǎng)可以引起壓電晶體的形變。因此，壓電晶體可以 使機(jī)械和電能相互轉(zhuǎn)換。這在技術(shù)上有著廣泛地應(yīng)用。例如， 無(wú)線(xiàn)電技術(shù) 中的振蕩器和濾波器，超聲和微 波技術(shù)中廣泛使用的各種 換能器等，大都是用壓電晶體材料制成的。自從1880年在水晶上發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來(lái)，發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行過(guò)測(cè)量的壓電晶體己不下500余種。多數(shù)晶體壓電效應(yīng)很弱，進(jìn)行過(guò)仔細(xì)研究的晶體只有幾十種。一些重要的壓電單晶體及其壓電模星的數(shù)值，列于表 10.4.

13、3 中。在已研究過(guò)的壓電晶體中.只有少數(shù)幾種得到廣泛使用，這是因?yàn)橐粋€(gè)壓電晶體有沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，取 決于許多因素。除了 壓電模量、品質(zhì)因子和機(jī)電耦合系數(shù) 等重要參數(shù)外，還必須考慮其電學(xué)參數(shù)對(duì)溫度和 時(shí)間的穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度及大塊晶體培育和加工的難易程度等。一些水溶性壓電晶體如酒石酸鉀鈉（KNT）、磷酸二氫俊（ADP）等,壓電模量很大，也易于獲得大塊單晶，在 20世紀(jì)40年代曾一度大量生產(chǎn)。但是，由于這些晶體穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較差，限制了它們的應(yīng)用。水晶的壓電模量雖然不很大， 但穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都很好，它是最古老的，但至今仍是用量很大的一種壓電晶體。它的廣泛應(yīng)用，促進(jìn) 了人工合成水晶工作的

14、發(fā)展，直到今天，水熱法生長(zhǎng)水晶仍是完整的工業(yè)體系。 *呼43 一些要的用電晶體及其用電械費(fèi)的值11LESE電單位，達(dá)即體藥料對(duì)稱(chēng)性dn山4d”fifie%出工pfjldr九由溫度 g語(yǔ)酒酒/酸鉀(DKT) 酒方酸乙二胺(EOT) 璃酸課.(LSH) 酒右酸即tKNT)碑底二氧族f AWU 跖赧二氧鉉(ADPJ 硬酸二氧錚ffCDP) 水晶3SQ)小酸蛙(LN)彼黑等QJ)蚓化鋅阿七根六次甲基四股(HMTA)減化鋅G-2GT CT Ci-2U“理炳 口德仙 值-32t”； & St ci Tj-43m 7彳3mQ彳3m6.93, 7530r 1-U.S1 OM7?？诳?09.55.相4,

15、2-z.oi112.22 ±12047874270-41.7工$2.4孔54一工2534.6一福8一4.43H.4 30.30. 54.：-10.25 14. 6工日修62,3±0.3S3212.21 34,0-5.2一&鵬以8-53,8-21,413£- 1(5-I6S59土。, 0$-37)1T915.6狙7±0. tIV24削3LR-12.65-12.2to. g7.1一地7T5.13.3空3.M. 4皓M熔5144. 95百氏6加20290室溫252S2020軍溫室混空溫0%室溫 室徹室部端通常實(shí)際應(yīng)用的壓電器件，主要利用壓電晶片的諧振效

16、應(yīng)。當(dāng)向一個(gè)具有一定取向和形狀制成的有電極的壓電晶片輸入電信號(hào)，其頻率與晶片的機(jī)械諧振頻率fr 一致時(shí)，會(huì)使晶片由于逆壓電效應(yīng)而產(chǎn)生機(jī)械諧振，這種晶片稱(chēng)為電振子。壓電振子諧振時(shí)，要產(chǎn)生內(nèi)耗，造成機(jī)械損耗。反映這種損耗程度的參數(shù)稱(chēng)為機(jī)械品質(zhì)因子 Qm,定義為Qm =空史，其中Wm為每振動(dòng)周期內(nèi)單位體積的機(jī)械能；Qm的大小與振動(dòng)m Wmm模式有關(guān)。機(jī)電耦合系數(shù)綜合反映了壓電材料的性質(zhì)，是實(shí)際工作中用得最多的參數(shù)。其定義為2通過(guò)反壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換的機(jī)械 k2 =輸入的電能f2通過(guò)正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換的電能或k2 =輸入的機(jī)械能由于壓電振子儲(chǔ)入的機(jī)械能與振子形狀和振動(dòng)模式有關(guān)，不同振動(dòng)模式的機(jī)電耦合系數(shù)需要根據(jù)

17、具體條件推出?！緳C(jī)電耦合系數(shù)不僅與材料有關(guān)，且與振子形狀、振動(dòng)模式有關(guān)！】另一類(lèi)重要的壓電材料是 壓電B瓷(如鈦酸銀BTO、鈦錯(cuò)酸鉛PZT等)，它不是單晶體而是多晶體。壓 電陶瓷在強(qiáng)直流電場(chǎng)的作用下經(jīng)極化后才具有壓電性能，極化方向取決于所加電場(chǎng)的方向。壓電陶瓷 制造工藝簡(jiǎn)單，易于成型，機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好，得到廣泛應(yīng)用，并在許多方面代替了水溶性壓電晶體。其缺點(diǎn)是，高頻損耗太大、不能適應(yīng)高頻和超高頻技術(shù)迅速發(fā)展的需要。20世紀(jì)60年代以來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)了一些新的壓電材料，其中以鋸酸鋰（LiNbO3）和鋁酸鋰（LiTa03）晶體最為重要。這兩種晶體的壓電模量和機(jī)電耦合系數(shù)都較大，高頻性能也好，常用來(lái)制

18、作高頻寬帶濾波器和高 頻超聲換能器，特別適于制作聲表面波器件，傳播微波超聲。晶體的熱釋電效應(yīng)某些晶體不僅可以因機(jī)械應(yīng)力的作用而產(chǎn)生極化（壓電現(xiàn)象），而且還可以因溫度變化而產(chǎn)生極化。例如，加熱電氣石（分子式為HgNa2Mg6B6AI12SI2O62,點(diǎn)群為C3v-3m）晶體時(shí)，在晶體唯一的 3次軸兩端即產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷。若將晶體冷 卻，則電荷改變符號(hào)（圖10.5.1）。晶體的這種性質(zhì)稱(chēng)為 熱釋電性。具有熱釋電性質(zhì)的晶 體，稱(chēng)為熱釋電晶體。產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的原因是由于晶體中存在著自發(fā)極化，當(dāng)溫度變化時(shí)，這種自發(fā)極化也發(fā)生變化。通常，自發(fā)極化產(chǎn)生的表面束縛電荷，被來(lái)自空氣中附集干晶體表面上

19、的自由電荷所掩蓋，電矩不能顯現(xiàn)出來(lái)， 所以極化狀態(tài)不能在靜態(tài)條件下觀測(cè)到。只有當(dāng)溫度發(fā)生變化所引起的電偶極矩的改變不能及時(shí)被補(bǔ)償時(shí)，自發(fā)極化才能表現(xiàn)出來(lái)。如果在整個(gè)晶體中溫度發(fā)生均勻的微小變化，則極化矢量的變化由下式?jīng)Q定：. P = Pi T（10-5-1）式中pi為熱釋電系數(shù)，單位為C/（cm2K）。熱釋電系數(shù)是熱釋電晶體的主要參數(shù)。由于溫度是一個(gè)無(wú)方向性的標(biāo)量，所以晶體中的熱釋電效應(yīng)是用矢量P描述的物理性質(zhì)，P 一般有三個(gè)分量。圖 10. 5. 1電氣石的熱釋電性晶體對(duì)稱(chēng)性對(duì)熱釋電效應(yīng)的影響根據(jù)諾埃曼原則，矢量 P必須與晶體的對(duì)稱(chēng)性一致。利用矢量變換定律不難證明，具有對(duì)稱(chēng)中心的晶體不可能存

20、在熱釋電效應(yīng)。矢量P的方向只能與晶體中特殊的極軸方向相一致；也就是說(shuō)，只有某些具有特殊極軸方向的晶體，才可能具有熱釋電性。這里所謂的特殊方向，是指晶體中不能通過(guò)本身所具有的對(duì)稱(chēng)要素的作用，而與其他方向重復(fù)的方向，即結(jié)晶學(xué)中的單向，如中級(jí)晶族的高次軸方向。所謂 極軸，是指軸的兩端不能通過(guò)該晶體所具有的對(duì)稱(chēng)要素的作用而相互重合的軸。單向不一定就是極軸，極軸也不一定是單向。只存在極軸或只存在單向并不是具有熱釋電性的標(biāo)志，只有極軸與單向相一致的晶體.才能具有效釋電性。例如，電氣石晶體對(duì)稱(chēng)類(lèi)型屬 C3V -3m,晶體的3次軸方向既是單向又是極軸，因此有熱釋 v v電性。水晶對(duì)稱(chēng)類(lèi)型為 D2 32,它的3

21、次軸方向是單向，但不是極軸，它的兩端可通過(guò)與其垂直的2次軸的作用而互相重合。它的 2次軸是極軸，但這樣的 極軸有三個(gè)，它們通道 3次軸的作用而互相重復(fù)，所 以不是單向。由上述可知.水晶沒(méi)有熱釋電性。圖10. 5. 2可以定性地說(shuō)明這一點(diǎn)。圖中示出在水晶垂直于2軸的（0001）面上，構(gòu)造單元電荷重心排列的情況。水晶受熱后，電荷重心沿每個(gè)極軸（2次軸）都產(chǎn)生 了程度相同的相對(duì)位移，它們的電偶極短都發(fā)生了程度相同的變化。但是，由這些電偶極矩合成的總電矩卻無(wú)變化，因而也就沒(méi)有熱譯電效應(yīng)。晶體的熱釋電效應(yīng)，一般是在均勻加熱或冷卻的圖IQ. S. 2水晶中不產(chǎn)生熱鞋電鼓應(yīng)的示意圖 »受熱前翌熱后

22、受夾狀態(tài)，即晶體尺寸和形狀在加熱過(guò)程中情況下測(cè)量的。測(cè)量時(shí)，晶體可處于兩種不同的狀態(tài)：一種是 保持不變，此時(shí)觀察到的效應(yīng)稱(chēng)為 一級(jí)（初級(jí)）熱釋電效應(yīng)；另一種是 自由狀態(tài)，即晶體可以自由熱膨脹。由于熱釋電晶體必然是壓電晶體，所以熱膨脹持通過(guò)正壓電效應(yīng)使晶體產(chǎn)生極化【即：受熱膨脹相當(dāng)于張力，導(dǎo)致極化這種附加的效應(yīng)，并不是真正的熱釋電效應(yīng)，故稱(chēng)為二級(jí)（次級(jí)）熱釋電效應(yīng)。熱釋電晶體材料及其應(yīng)用圖10.5.3熱釋電探測(cè)器工作原理當(dāng)熱釋電晶體受到調(diào)制輻射加熱而使其溫度發(fā)生微小變化時(shí)，將使 垂直于熱電軸方向的晶體單位表面上的電荷（即Ps）發(fā)生變化（見(jiàn)圖10. 5. 3）。如果溫度對(duì)時(shí)間的變化率為dT/dt,

23、則Ps對(duì)時(shí)間的變化率（dR/dt）相當(dāng)于外電路上流動(dòng)的電流。沒(méi)電極面積為S,負(fù)載電阻為R, 則出現(xiàn)的訊號(hào)的大小為(10-5-3)dPsdFS dTV -SR(-) -SR(-)() dtdT dt式中 咀為熱釋電系數(shù)。對(duì)較小的 AT , dPL可以看作常數(shù)。根據(jù)這一 dTdT原理，熱釋電晶體可用來(lái)制作熱電紅外探測(cè)器，這種探測(cè)器的訊號(hào)輸出與溫度原變化率成正比，而不是溫度的實(shí)際變化幅度，因此不取決于晶體和輻射是否達(dá)到熱平衡。與其他紅外探測(cè)器件相比較，晶體熱電探 測(cè)器的突出優(yōu)點(diǎn)是具有很寬的工作頻率范圍和優(yōu)良的高頻性能，并且可以在室溫下工作（不需要低溫冷卻）。 它可以作為紅外光譜儀、紅外遙感以及熱成像

24、應(yīng)用中的 熱輻射探測(cè)器，同時(shí)也可用作為紅外激光的一種較 為理想的探測(cè)器。對(duì)熱電紅外探測(cè)器的晶體材料的要求：i） 大熱釋電系數(shù)；ii） 適當(dāng)?shù)臒?、光、電性能和機(jī)械性能；iii）高額下工作時(shí)，欲得到最佳的性能，最好是選用熱釋電系數(shù)和介電常數(shù)的比值（dFs/dT ）比較大的晶體材料。表10. 5. 1列出了一些熱釋電晶體材料的熱釋電系數(shù)數(shù)值及其他有關(guān)數(shù)據(jù)。在已發(fā)現(xiàn)的熱釋電晶體材料中，目前認(rèn)為比較有發(fā)展前途的是硫酸甘氨酸（TGS,包括與其同晶型的晶體）、鋸酸銀根（SBN）、硫酸理（LSH）和鋰酸鋰（LiTaO3）等。優(yōu)質(zhì)TGS晶體易于從水溶液中生長(zhǎng)。要制備熱電探測(cè)器上用的TGS晶片，需垂直于熱電軸平行

25、于晶550 Rm厚。金屬電極蒸鍍?cè)诒砻?（面電極）或兩邊上5向圖4 TGS蒸電探惻器為轉(zhuǎn)拘M 會(huì)面電極結(jié)相Jb）陰苜區(qū)梭培他UM熱強(qiáng)擺得也的結(jié)構(gòu)體的（010）面將晶體切割成一定面積的薄片并拋光至 （邊電極），但電極面的法線(xiàn)必須平行于晶體的熱電軸 方向（見(jiàn)圖10. 5. 4）。TGS在大部分紅外區(qū)都有強(qiáng)烈 的吸收，在室溫下具有最大的（dPs/dT ）值，適于Z制作快速寬帶的紅外熱電探側(cè)器。也是探測(cè)脈沖 CO2激光（10. 6 2m）和氧化氫（HCN）激光（337 2m）最合適 的材料。TGS晶體的主要缺點(diǎn)是居里點(diǎn)低（Tc =49 C）,超過(guò)該溫度就不再有熱釋電效應(yīng)。另外，由 于TGS晶體是鐵電體

26、，會(huì)發(fā)生部分疇翻轉(zhuǎn)（退極化）。鋸酸銀根（SBN）晶體是近幾年發(fā)展起來(lái)的新的熱 釋電材料。SBN晶體購(gòu)熱電的平行于c（z）軸（即晶體的4次軸），它具有很大的熱釋電系數(shù)，居里點(diǎn)隨 Ba 含量的增加而上升。SBN晶體可以制成靈敏度高、響應(yīng)快而不需要任何窗口材料 的熱電探測(cè)器。它的主要缺點(diǎn)是 介電常數(shù)高，會(huì)造成場(chǎng)效應(yīng)，使晶體管產(chǎn)生 較大的噪聲電壓。因此，最適于制成小面積元件，在低頻下使用。衰10 5. J 一些熱罹電晶體材料的性能晶 體對(duì)標(biāo)性居里點(diǎn)電阻率(1010fi cm)介法常數(shù)熱群電系數(shù) (10 "cal/ cirr * K)錦齡趣鎖（SBN）Sr】- BaNb式上x(chóng) Ob 25401

27、 7Q03t = 0. 33600. 0111x =41787j = 0, 50105500硫酸甘氨酸QGS）C2-2491255。2 - 3. 5TGS/5MTGSeCs-2470, 526工LTGS/15%TG 塊Q-249。.4285.。DTGSG-261542. 7硫酸鋰（LSH）G-2無(wú)10.010】*0鋸酸鋰C,v癡1 190 1 2109.530(G)0, 4鋰酸鋰C加-3加62065。436 6鈦演翎4mm1204。皿&）6酒石酸鉀鈉（KNT）G-2241 0002亞稍酸鈉ENaNQ）164>108L2電氣石Jr 3m7,5Q. 04氧化鋅0.0&硫化鎘朋

28、加0. 04硫碘化鋅226晶體的鐵電性質(zhì)自發(fā)極化和鐵電晶體熱釋電晶體是自發(fā)極化了的晶體。自發(fā)極化和感應(yīng)極化不同，它不是由外電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的，而是由 于物質(zhì)本身特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的。在熱釋電晶體中，有一類(lèi)晶體不但具有自發(fā)極化，而且自發(fā)極化強(qiáng) 度可以因外加電場(chǎng)作用而反向。這樣的電極化強(qiáng)度 P與外電場(chǎng)E 之間的關(guān)系，構(gòu)成了和鐵磁體中的磁滯回線(xiàn)類(lèi)似的電滯回線(xiàn)。由于這類(lèi)物質(zhì)的介電性質(zhì)在許多方面與鐵磁物質(zhì)的磁性行為相類(lèi)似，所以就將這一類(lèi)晶體稱(chēng)為鐵電晶體（其實(shí)晶體和并不含有鐵）。鐵電晶體也常被稱(chēng)為息格涅特電體或強(qiáng)誘電體。聯(lián)系到上幾節(jié)內(nèi)容，可以看出，鐵電晶體、壓電晶體和熱釋電晶體之間有如下的關(guān)系：在沒(méi)有對(duì)稱(chēng)中 心的21種晶類(lèi)中，只有20種晶類(lèi)【點(diǎn)群】具有壓電效應(yīng) 。某種晶體只要其對(duì)稱(chēng)性屬于這種類(lèi)型，就可能 是壓電晶體，所以 壓電性是由晶體的對(duì)稱(chēng)性決定的 。在這20種壓電對(duì)