晶體能實現電、磁、光、聲和力等的交互作用和轉換，它是近代科學技術發展中不可缺少的重要材料，天然晶體無論在品種、質量和數量等方面，都遠遠不能滿足近代科學技術發展的需要，因而促進了人工晶體的發展。

特別是由于固體微電子學的日新月異的發展，更加需要品種繁多的大量的晶體材料，其中包括半導體晶體、激光晶體、閃爍晶體、光學晶體、超硬晶體、絕緣晶體壓電晶體等，晶體材料處于材料科學發展的前沿，它與空間、電子、激光、新能源開發、生物醫學等新技術密切相關。晶體材料種類及應用極為廣泛，下文將對部分常見晶體材料及應用范圍做簡單介紹。

半導體晶體

半導體晶體是半導體工業的主要基礎原料。從應用的廣泛性和重要性來看，它在晶體材料中占有頭等重要的地位。

半導體晶是從20世紀50年代開始發展起來，第一代半導體代表材料：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，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，引發了集成電路（IC）為核心的微電子領域迅速發展，大大提高了集成電路的工作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，軍事通信裝備和民用等方面的廣泛應用。

12寸硅晶圓

第二代半導體材料是以砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）、磷化銦（InP）為主的化合物半導體，其主要被用于制作高頻、高速以及大功率電子器件，在衛星通訊、移動通訊以及光通訊等領域有較為廣泛的應用。砷化鎵和磷化銦半導體激光器成為光通信系統中的關鍵器件，同時砷化鎵高速器件也開拓了光纖及移動通信的新產業。GaAs、InP等化合材料的原料稀缺，需通過合成形成，價格相對較高，并且對環境危害性較大，使得其難以被更廣泛應用，局限性較大，逐漸被第三代半導體材料取代。
第三代半導體材料主要以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導體材料。和第一代、第二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場、高的熱導率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常又被稱為寬禁帶半導體材料（禁帶寬度大于2.2ev），也稱為高溫半導體材料。

非常值得我們注意的是在材料領域的第一代，第二代，第三代并不具有“前浪撲后浪后浪死在沙灘上”的說法。國外一般會把氮化鎵、碳化硅等材料叫做寬禁帶半導體；把氮化鎵、氮化鋁、氮化銦和他們的混晶材料成為氮化物半導體、或者把氮化鎵、砷化鎵、磷化銦成為III-V族半導體。我國采用的第三代半導體材料的說法是與人類歷史上的由半導體材料大規模應用帶來的三次產業革命相對應。目前，第三代半導體正在高速發展，第一、二代半導體由于技術成熟制備成本優勢大等優勢也仍在產業中大規模應用，發揮著第三代半導體無法替代的作用。

光學晶體

光學晶體是用作光學元件的晶體，如鹵化物晶體氟化鋰，氟化鈣，氟化鎂，氟化鋇，它們在紫外和紅外都有好的透過特性，故可用作紫外準分子激光器和某些紅外激光器的輸出窗口，透鏡，棱鏡，旋光片，波片等；氧化物如藍寶石Al₂O₃，釩酸釔YVO₄，水晶等也可作為上述激光器的工作窗口，光學隔離器，環形器，分光器和光學偏振器的原件；半導體單晶硅，鍺，硒，砷化鎵及硒化鋅，硫化鋅在遠紅外有好地透過性能，可用作二氧化碳激光器的輸出窗口，透鏡，棱鏡等。

來源：云南鍺業

激光晶體

激光是一種很奇妙的“物質”，是人類繼原子能、計算機和半導體之后人類的又一偉大發現。人們都知道，激光亮度極高，可以達到太陽亮度的10億倍甚至更高；激光純凈無比，單色性極好；激光具有無比的準直性（直線傳播）；而且，激光的能量強大，瞬間爆發的能量，即使最堅硬的物體也能夠被穿透、熔化。因此，激光在生產、生活和科研中的應用十分廣泛，是人們探索自然的強兵利器。

產生激光的設備稱為激光器。在當前的各種激光器中，全固態激光器是最有前途的激光器。激光晶體（lasercrystal），可將外界提供的能量通過光學諧振腔轉化為在空間和時間上相干的具有高度平行性和單色性激光的晶體材料，是晶體激光器的工作物質，是固體激光技術及產業的基礎支撐材料。常見的激光晶體材料有摻釹釔鋁石榴石晶體Nd:YAG，摻釹釩酸釔晶體Nd:YVO₄，摻釹氟化鋰釔晶體Nd:YLF，鈦寶石晶體，紅寶石晶體等。

摻釹釔鋁石榴石晶體

閃爍晶體

在高能粒子的撞擊下，能將高能粒子的動能變為光能而發出熒光的晶體稱為閃爍晶體。閃爍晶體可用于x射線、γ射線、中子及其他高能粒子的探測，以閃爍晶體為核心的探測和成像技術已經在核醫學、高能物理、安全檢查、工業無損探傷、空間物理及核探礦等方面得到了廣泛的應用。通常應用的閃爍晶體材料都是用人工方法培育出來的，種類也很多，目前使用較多閃爍晶體的是BGO（Bi₂O₃-GeO₂系化合物的總稱鍺酸鉍的縮寫）、CsI（碘化銫）、PbWO₄（鎢酸鉛）等。

超硬晶體

鉆石也稱之為“金剛石”，是一種天然礦物，是目前已知自然界中最為堅硬的物質，鉆石是在地球深部高壓、高溫條件下，經過很長時間形成的一種由碳元素組成的單質晶體。自然界能夠被發現和開采的鉆石極其稀少，通常每4立方米富礦礦石中才可得到總重1克拉的細碎金剛石，晶瑩剔透、無瑕疵的大尺寸鉆石更為罕見。

高溫高壓合成金剛石

20世紀50年代以來，人們研究開發出多種人工合成金剛石的方法，主要有高溫高壓法（HTHP）、化學氣相沉積法（CVD）、爆轟法等。1955年，GE公司采用高溫高壓法首次合成金剛石晶體。上世紀80年代，全世界掀起了CVD金剛石研究熱潮，開發了熱絲法（HFCVD），微波等離子體（MPCVD）以及直流電弧等離子體噴射CVD等多種制備方法，為后期的應用奠定了基礎。

硬度大是金剛石眾多特點之一，利用金剛石極高的硬度，可以制備成各種工具，在加工石材、有色金屬、難加工復合材料（如碳纖維復合材料）等方面發揮著不可替代的作用，可實現高效、高精度、環保的加工。

人們在大量使用金剛石的過程中,也觀察到了它的不足之處.其中最突出的一點是,當用金剛石加工一些硬度較高的材料,例如在研磨大量鋼材和燒結過的碳化硅時,金剛石的表面溫度高達1500～2000℃，在這種條件下,金剛石的強度迅速下降,并且極易與空氣中的氧反立產生類似“燃燒”的現象，與此同時，金剛石本身則不斷地被還原成對研磨毫無用途的柔軟的石墨，從而導致金剛石的損耗極快。經過人們的不斷摸索，合成出一種新型超硬物質立方氮化硼晶體來彌補金剛石的劣勢，立方結構的氮化硼-CBN，其晶體結構類似金剛石，硬度略低于金剛石，但熱穩定性遠高于金鋼石，對鐵系金屬元素有較大的化學穩定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分優異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產率，有化學惰性，能有效地提高工件的磨削質量。兩者各有特長，在實際應用中還需根據場合而定。

立方氮化硼

壓電晶體材料

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，如鈣鈦礦型結構的鈮酸鋰（LiNbO₃）、鈮酸鉀（KNbO₃）等。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、壓電鍵盤、延遲線、振蕩器、超聲換能器、壓電變壓器等。

絕緣晶體

絕緣晶片的一個典型案例就是云母晶片。云母是層狀硅酸鹽礦物的總稱，具有絕緣、透明、耐熱，耐腐蝕、易分剝并富有彈性等特性，廣泛用于電機、電器、電子、無線電和家用電器等領城，在國民經濟和國防建設中起重要作用。天然云母的種類雖然很多，但在工業上大量應用的主要是白云母，其次是金云母。

由于我國天然云母儲量少，特別是優質、大片云母更少，不能滿足電子工業發展需求，國內自從20世紀50年代就開始研究合成云母。1963年建材部非金屬礦研究所一成立就用內熱法研制合成云母，該所就是中材高新旗下的“中材人工晶體研究院”的前身。

由于合成云母具有純凈、透明、耐高溫、抗腐蝕和電絕緣等優良特性，因此合成云母單晶片可用于∶①各種真空器件中的絕緣架，如加速器、電離室、磁控管和電子管等；②窗口材料，如微波管輸出窗、高溫爐觀察窗以及耐酸耐堿窗口等；③火力發電廠高壓鍋爐水位計；④耐高溫電容器、鉑絲表面溫度計骨架等。

粉體圈編輯：Alpha