1. 半导体发光材料

发光材料在电场激发下能产生发光现象,能将电能直接转换成光能。这类材料大多数是半导体材料。主要半导体发光材料及其物理性能见表13-42。

表13-42 半导体发光材料

2. 激光材料

(1) 半导体激光材料: 直接跃迁型半导体材料几乎都可以做激光器,它们发出的激光波长主要依赖于该材料的禁带宽度、杂质浓度和温度等因素。半导体激光器起振方法主要有电子束激励法、光激励法和PN结电注入法等。半导体激光器材料的发光波长及激励方法见表13-43。

(2) 晶体激光材料: 晶体激光材料分氟化物、盐类和氧化物三类,目前使用的主要有红宝石等晶体,见表13-44。

3.压电材料

具有压电效应的电介质称为压电材料。常见的压电材料可以分为压电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料三大类。

表13-43 各种半导体激光器材料发光波长及激励方法

半导体材料 发光波长λ/μm 激励方法
ZnS
ZnO
Znl-xCdxS
ZnSe
CdS
ZnTe
GaSe
CdSel-xSx
CdSe0.95S0.05
CdSe
AlxCal-xAs
GaAsl-xPx
Gal-xInxP
CdTe
GaAs
InP
GaAsl-x～Sbx
CdSnP2
InAsl-xPx
InAs0.94P0.06
InAs0.51P0.49
GaSb
Inl-xGaxAs
InGaAsP
In0.65Ga0.35As
In0.75Ga0.25As
Cd5P2
InAs		 0.33
0.37
0.49～0.32
0.46
0.49
0.53
0.59
0.49～0.68
0.675
0.675
0.63～0.90
0.61～0.90
0.695
0.785
0.83～0.91
0.91
0.9～1.5
1.01
0.9～3.2
0.942
1.6
1.55
0.85～3.1
1.1～1.7
1.77
2.07
2.1
3.1		 O、E
E
O
E
O、E
E
E
O、E
E
O、E
I
E、I
O
E
O、E、I、A
I、A
I
E
I
I
I
E、I
I
O、E、I
I
I
O
O、E、I

续表

半导体材料 发光波长λ/μm 激励方法
InAsl-xSbx
InAs0.98Sb0.02
Cdl-xHgxTe
Cd0.32Hg0.68Te
Te
PbS
InSb
PbTe
PbAl-xSex
PbSe
Pbl-xSnxTe
Pbl-xSnxSe		 3.1～5.4
3.19
3～15
3.8
3.72
4.3
5.2
6.5
3.9～8.5
8.5
6～28
8～31.2		 I
I
O、E
O
E
E
O、E、I、A
E、I
E、I
E、I
I
I

注:A为引起“雪崩” 的激励方法; E为电子束激励方法; O为光激励法; I为 电子注入法。

表13-44 主要晶体激光材料

材料名称 分子式 熔点
/℃		 硬度
(莫氏)		 热导率(室温)
/[mW/(cm·℃)]		 特 点
红宝石 Al2O3 2040 9 320 有很高的重复频
率
钇铝石榴石 Y3Al5O12 1950 8.5 140 有较高的重复频
率室温下连续输出
铝酸钇 YAlO3 1875 8.5～9 140 与钇铝石榴石相
似
氟磷酸钙 Ca5(PO4)3F 1705 5～5.5 24(a),
20(c)		 增益大
氟钇钙钠 NaCaYF6 1400　　 可在800℃的高温
下正常工作

续表

材料名称 分子式 熔点
/℃		 硬度
(莫氏)		 热导率(室温)
/[mW/(cm·℃)]		 特 点
氟钒酸钙 Ca5(VO4)3F 1420　　　
硫代氧化镧 La2O2S 2070　 350 高增益
硅酸氧灰石 CaLa4
(SiO4)3O		 2180 7 19(a),
19 (c)		 高贮能高效率
钨酸钙 CaWO4 1 580 4.5 46 可在常温下连续
振荡
氧化钇 Y2O3 2 450 6.8 134 高效率
铌酸锂 LiNbO3 1 260 5　　

典型单晶材料的声表面波特性见表13-45。

常用压电陶瓷和各种特性见表13-46。

压电陶瓷的分类、特点和应用见表13-47。

表13-45 典型单晶材料的声表面波特性

晶体名称 切型 传播
方向		 传播速度
v/
(m/s)		 机电耦
合系数
k2/%		 温度
系数
/(ppm/℃)		 介电
常数
εr		 传播损耗
/(dB/m)
(GHz)
石英单晶 Y X 3 159 0.23 -22 4.5 0.82 (1)
ST X 3 158 0.16 0 4.5 0.95 (1)
LiNbO3 Y Z 3 485 4.5 -85 38.5 0.31(1)
131*Y X 4 000 5.5 -74 38.5 0.26(1)
128*Y X 4 000 5.5 -72　　
Y Z 3230 0.74 -37 44 0.35(1)
LiTaO3 X 112*Y 3 295 0.64 -18 44　
Bi12SiO20 [001] [110] 1 622 0.69 -118* 42　
Bi12GeO20 [001] [110] 1 681 1.5 -130 38 0.89(1)

表13-46 常用压电陶瓷的各种特性

名称 弹性刚
性系数
/(×1011
N/m2)		 压电常数
d31
/(×10-11
C/N)		 压电常数
d33
/(×10-11
C/N)		 介电常数
εT33
/(×10-11
F/m)		 机电耦合
系数/%
k31 k32
BaTiO3 1.18 -5.6 16 1250 17 45
97BaTiO3
3CaTiO3		 1.22 -5.3 13.5 1230 17 43
90BaTiO3
4PbTiO3
6CaTiO3		 1.24 -4.0 11.5 710 16.7 48
96BaTiO3
4PbTiO3		 1.14 -3.8 10.5 880 14 39
PZT-4 0.815 -9.7 23.5 875 28 63
PZT-5 0.675 -14.0 32.0 1200 32 70
PZT-6 0.865 -7.8 19.1 860 25 60
Pb(NbO3)2 0.29 -3.3 9.0 240 11.5 31

注:①PZT为锆钛酸铅;BaTiO3为钛酸钡;Pb(NbO3)2为铌酸铅。

　②符号前的数字是成分的质量分数(%)。

表13-47 压电陶瓷的分类、特点和应用

分类 材 料 特 点 应 用
二
元
系
压
电
陶
瓷		 BaTiO3 高相对介电常数,对温度很
敏感		 声纳发生器,超声换能器
PZT-4 压电常数高,良好的驱动性,
高耦合		 声纳发声器,超声换能器,
高压发生器
PZT-5A 高时间常数,低老化,压电
常数高		 水听器,仪表换能器,传
声器和扬声器
PZT-7A 低电容率,低老化,压电常
数高		 延迟线换能器
PZT-8 显著的高驱动特性,压电常
数高		 声纳发声器,超声换能器
Pb(NbO3)2 相对介电常数小,居里点*高 水声换能器

*居里点: 在一定的温度范围内,该材料的压电性质存在。但温度超过时,压电性质完全消失,这个高温即是“居里点”。

续表

分类 材 料 特 点 应 用
三
元
系
压
电
陶
瓷		 xPb(Mg1/3·
Nb2/3)O3
yPbTiO3
zPbZrO3		 高介电常数,较大的机械品
质因素,较好的稳定性		 拾音器,换能器,超声延
迟线,引爆引燃火花塞
xPb(Zn1/3·
Nb2/3)O3
yPbTiO3
zPbZrO3		 高介电常数,稳定性好,致
密度高,绝缘性能良好		 陶瓷滤波器,机械滤波器
的换能器
xPb(Co1/3·
Nb2/3)O3
yPbTiO3
zPbZrO3		 机构品质因素和机电耦合系
数可大幅度地调节		 超声波振子,滤波器拾音
器

注:x、y、z表示三元系压电陶瓷配比中各元所占的质量分数(%)。