晶體物理定義為由眾多的自身結(jié)構(gòu)規(guī)律的單晶體隨機結(jié)合而成，晶體是不具有結(jié)構(gòu)規(guī)律的，但單晶體不僅具有結(jié)構(gòu)規(guī)律周期并且具有壓電性，是物理學上半導體科學技術(shù)的重要材料，因此晶體可以不斷生養(yǎng)甚至人為培養(yǎng)。晶體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為七大晶系和14種晶格類型。晶體都有一定的對稱性，有32種對稱元素系，對應的對稱動作群稱做晶體系點群。按照內(nèi)部質(zhì)點間作用力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別。在實際中還存在混合型晶體。說到晶體，還得從結(jié)晶談起。大家知道，所有物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的。眾所周知，物質(zhì)有三種聚集形態(tài):氣體、液體和固體。

在結(jié)晶學中,晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以概括為是由一些“點子”在空間有規(guī)則地作周期的無限分布:“點子”代表原子、離子、分子或其集團的重心。這些“點子”的總體稱為點陣,構(gòu)成石英晶體的是二氧化硅分子,而二氧化硅分子的重心又正好與硅離子重合,因此硅離子的點陣就可以反映出石英晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。石英晶體的各層硅離子若按右手螺旋規(guī)則分布,則稱為右旋石英諧振器;若按左手螺旋規(guī)則分布,稱為左旋石英晶體。從外形上看,右旋石英晶體的s面在R面的右下方或m面的左上方,左旋石英晶體諧振器的s面在R面的左下方或m面的右上方,它們互為鏡象對稱。

石英晶體可以是天然的,也可以由人工培養(yǎng)。晶態(tài)物質(zhì)在適當條件下,能自發(fā)地發(fā)展成為一個凸多面體形的單晶體。圍成這樣一個多面體的面稱為晶面;晶面的交線稱為晶棱;晶棱的會集點稱為頂點。發(fā)育良好的單晶體,外形上最顯著的特征是晶面有規(guī)則的配置,屬于同一品種的晶體,兩個對應晶面(或晶棱)間的夾角恒定不變。圖1.1.1給出了理想石英晶體的外形。晶振的晶面共30個,分為五組,六個m面(柱面),六個R面(大棱面),六個r面(小棱面)六個s面(三方雙錐面),六個x面(三方偏方面),相鄰m面的夾角為60°相鄰m面和R面的夾角與相鄰m面和r面的夾角都等于38°13,相鄰s面與x面的夾角等于25°57。由于外界條件能使某一個或某一組晶面相對地變小或完全隱沒,所以實際見到的石英晶體很少如圖1.1.1所示,就是人造石英晶體諧振器的外形也只是接近理想情況。

(a)右旋石英晶體 (b)左旋石英晶體

石英晶振內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)律性,造成了它在外形上的對稱性。例如:晶體可以有對稱軸、對稱中心、對稱面等對稱元素。石英晶體存在一個三次對稱軸(或三次軸即晶體繞該軸旋360°3后能夠復原)和三個互成120°的二次軸,晶體物理性質(zhì)的各向異性和晶體外形的對稱性有關(guān),因此討論無源晶振的物理性質(zhì)時,采用直角坐標系較為方便。選c軸為z軸,a(或b、d)軸為x軸,與x軸、z軸垂直的軸為y軸。其指向按1949年IRE標準規(guī)定對左、右旋石英晶體均采用右手直角坐標系。

固體可以分為結(jié)晶體(晶體)與非結(jié)晶體(非晶體)兩大類。石英晶體諧振器中有外形高度對稱的單晶體(如石英晶體)和由許多微細晶體組成的多晶體(如各種金屬)。晶體的主要特性是原子和分子的有規(guī)則排列,這種排列反映在宏觀上是外形的對稱性,而非晶體就不具備這種特性,例如石英玻璃,它的成份與石英晶體一樣是SiO2,但不屬于晶體。