一种晶体定向方法及装置与流程

本发明涉及一种晶体定向方法及装置，属于晶体定向技术领域。

背景技术：

随着科技的不断发展，压电晶体，光学晶体，激光晶体，半导体晶体等晶体材料因具有丰富的物理性能而得到越来越广泛的应用。晶体的各向异性是其本征特性，即晶体在不同方向上具有不同的光学、电学、力学等物理性能。由于晶体的各向异性，故在应用天然或者人工晶体材料之前，都需要采用技术手段对该晶体材料进行晶体定向(晶体定向包括获取晶轴方向、晶面指数等数据)，再对该晶体材料沿特定方向进行切割、抛光、镀膜等后续加工，最后制作成符合应用要求的晶体器件。例如：要制作性能优异的si压力传感器，必须利用si单晶在(001)面上的110方向压阻效应最大的特性，故实际应用中，先通过晶体定向出si单晶的(001)面，再切割出(001)面，并在此面上标出110方向，最后沿该方向制作压力传感器。

由此可见，晶体原料被加工成有用器件前必须要进行晶体定向。晶体定向方法较多，常用的有光像法、锥光图法，定向仪法等。光像法和锥光图法直接采用光学显微镜观察晶面形貌，根据形貌判断晶面取向来进行晶体定向，随机性和误差较大，故精确度较低。定向仪法先预估所需的某晶面指数的晶面大致方向，切割出晶面，在上一切割的晶面基础上进一步预估所需晶面大致方向，切割出晶面，通过不断地预估大体方向，利用逐步切割来晶体定向，采用这种方法由于需要不断切割出晶面，因此会造成晶体原料的较大损耗。因而现有的晶体定向方法效率较低、精确度较低。

技术实现要素：

本发明提供了一种晶体定向方法及装置，能够解决现有的晶体定向方法效率较低、精确度较低的问题。

本发明提供了一种晶体定向方法，所述方法包括：从待测晶体上切割被测晶体；获取所述被测晶体的切割面的晶面指数；获取所述待测晶体上切割面与待测面之间的夹角；根据所述夹角和所述被测晶体的切割面的晶面指数，获取所述待测晶体上待测面的晶面指数。

可选的，所述获取所述被测晶体的切割面的晶面指数具体包括：获取所述被测晶体的衍射数据；根据所述被测晶体的衍射数据，获取所述被测晶体的晶轴方向；根据所述被测晶体的晶轴方向和所述被测晶体的几何形状，获取所述被测晶体的切割面的晶面指数。

可选的，所述根据所述夹角和所述被测晶体的切割面的晶面指数，获取所述待测晶体上待测面的晶面指数具体为：当所述待测晶体为立方晶系时，根据第一公式获取所述待测晶体上待测面的晶面指数；

所述第一公式为：

其中，θ为所述待测晶体上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为所述被测晶体的切割面的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为所述待测晶体上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值。

可选的，所述获取所述被测晶体的衍射数据具体为：利用单晶衍射仪获取所述被测晶体的衍射数据。

可选的，所述获取所述待测晶体上切割面与待测面之间的夹角具体为：利用测角器获取所述待测晶体上切割面与待测面之间的夹角。

可选的，所述被测晶体的长度、宽度、高度均≤1mm。

本发明另一实施例提供一种晶体定向装置，所述装置包括：切割单元，用于从待测晶体上切割被测晶体；第一获取单元，用于获取所述被测晶体的切割面的晶面指数；第二获取单元，用于获取所述待测晶体上切割面与待测面之间的夹角；第三获取单元，用于根据所述夹角和所述被测晶体的切割面的晶面指数，获取所述待测晶体上待测面的晶面指数。

可选的，所述第一获取单元具体用于：获取所述被测晶体的衍射数据；根据所述被测晶体的衍射数据，获取所述被测晶体的晶轴方向；根据所述被测晶体的晶轴方向和所述被测晶体的几何形状，获取所述被测晶体的切割面的晶面指数。

可选的，所述第三获取单元具体用于：当所述待测晶体为立方晶系时，根据第一公式获取所述待测晶体上待测面的晶面指数；

所述第一公式为：

其中，θ为所述待测晶体上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为所述被测晶体的切割面的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为所述待测晶体上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值。

可选的，所述第二获取单元为测角器。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明提供的晶体定向方法，通过从待测晶体上切割被测晶体，然后获取被测晶体的切割面的晶面指数，即待测晶体的切割面的晶面指数，再获取待测晶体上切割面与待测面之间的夹角，最后根据夹角和所得的晶面指数，获取待测晶体上待测面的晶面指数。相较于现有技术根据形貌判断来晶体定向，或者通过预估大致方向后，利用逐步切割来晶体定向，本发明通过在待测晶体上切割被测晶体，被测晶体的切割面等同于待测晶体的切割面的晶面指数，再通过待测晶体的切割面的晶面指数，计算待测晶体其它待测面的晶面指数，效率较高、准确度较高，而且由于只切割了一小块被测晶体，故晶体损耗较小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的晶体定向方法流程图；

图2为本发明实施例提供的晶体定向装置框图；

图3为本发明实施例提供的待测晶体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的待测晶体的晶轴方向示意图；

图5为本发明实施例提供的待测晶体的部分晶面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种晶体定向方法，如图1所示，方法包括：

步骤101、从待测晶体1上切割被测晶体2；

其中，待测晶体1即实际需要进行晶体定向的晶体材料，其结构示意图如图3所示，被测晶体2即为从待测晶体1上切下的晶体，用于放入测量设备，进行晶体定向。

在实际应用中，一般利用晶体切割机从待测晶体1上切割被测晶体2，切割部位任意，被测晶体2的长度、宽度、高度均≤1mm，从而便于放入测量设备，而且不损伤设备，同时也使测量数据更准确。

本申请通过从待测晶体1上切割被测晶体2，被测晶体2切割面p1的晶轴方向、晶面指数等与待测晶体1的晶轴方向、晶面指数等同，进而可求出待测晶体1的晶轴方向a、b、c(如图4所示)、晶面指数等数据，相较于现有晶体定向的定向仪法，通过预估大致方向后，利用逐步切割来晶体定向，而且每次切割晶体较大，本申请切割的被测晶体2的体积较小，是本申请晶体定向过程中唯一损耗，故本申请具有低损耗的特点，从而降低了晶体定向的成本。

步骤102、获取被测晶体2的切割面p1的晶面指数；

被测晶体2切割面p1是指从待测晶体1上切下被测晶体2后，被测晶体2露出的表面。

具体的，可以获取被测晶体2的衍射数据；根据被测晶体2的衍射数据，获取被测晶体2的晶轴方向；根据被测晶体2的晶轴方向和被测晶体的几何形状，获取被测晶体2的切割面的晶面指数，步骤中的数据处理以及计算，均由数据处理软件完成，故效率高，精准度高，而且对操作人员也没有过高的专业经验要求。

由于被测晶体2和待测晶体1属于同一晶体，故被测晶体2的晶轴方向与待测晶体1等同，被测晶体2的切割面的晶面指数与待测晶体1的切割面的晶面指数等同，故此步骤在获得晶面指数的同时，亦可获得待测晶体1的晶轴方向a、b、c(如图4所示)。

进一步的，获取被测晶体2的衍射数据可以利用单晶衍射仪来获取。单晶衍射仪的探测器可以全角度旋转，而且探测器精度较高，故能够分辨衍射斑点复杂，即对称性较低的晶体的衍射斑点，从而使本申请通过单晶衍射仪获取晶体的衍射数据精度更高，进而获取的晶轴方向，晶面指数等数据更准确，而且由于本申请对晶体的对称性没有限制，故本申请的定向方法适用范围更广。

在实际应用中，对衍射数据指标化的过程中，即可得到被测晶体2的晶轴方向。

步骤103、获取待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角，可以利用测角器获取待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角，本发明实施例对此不做限定。测角器为常用仪器，容易获得，而且角度测量快速、方便。

其中，待测晶体1上切割面是指从待测晶体1上切下被测晶体2后，待测晶体1露出的表面。待测晶体1上待测面是指待测晶体1上除切割面以外的其他面，如图5所示的p2、p3、p4、p5、p6等晶面。

步骤104、根据夹角和被测晶体2的切割面p1的晶面指数，获取待测晶体1上待测面的晶面指数。

具体的，当所述待测晶体为立方晶系时，可以根据第一公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第一公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值。

在实际应用中，当所述待测晶体为四方晶系时，可以根据第二公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第二公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；a1、c1为四方晶系的晶胞轴长。

当所述待测晶体为六方晶系时，可以根据第三公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第三公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；a2、c2为六方晶系的晶胞轴长。

当所述待测晶体为正交晶系时，可以根据第四公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第四公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；a3、b3、c3为正交晶系的晶胞轴长。

当所述待测晶体为三方晶系时，可以根据第五公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第五公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；d1为被测晶体2的切割面p1的晶面间距；d2为待测晶体1上待测面的晶面间距；a4为三方晶系的晶胞轴长；α1为三方晶系的晶胞轴之间的夹角；v1为三方晶系的晶胞体积。

当所述待测晶体为单斜晶系时，可以根据第六公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第六公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；d1为被测晶体2的切割面p1的晶面间距；d2为待测晶体1上待测面的晶面间距；a5、b5、c5为单斜晶系的晶胞轴长；β1为单斜晶系的晶胞轴a5和c5之间的夹角。

当所述待测晶体为三斜晶系时，可以根据第七公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第七公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；d1为被测晶体2的切割面p1的晶面间距；d2为待测晶体1上待测面的晶面间距；a6、b6、c6为三斜晶系的晶胞轴长；α2、β2、γ为三斜晶系的晶胞轴之间的夹角；v2为三斜晶系的晶胞体积。

由于被测晶体2和待测晶体1属于同一晶体，故被测晶体2的切割面p1的晶面指数与待测晶体1的切割面的晶面指数等同。

在实际应用中，根据公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数通过计算机来实现，故计算快速、精确。

本发明提供的晶体定向方法，通过从待测晶体上切割被测晶体，然后获取被测晶体的切割面的晶面指数，即待测晶体的切割面的晶面指数，再获取待测晶体上切割面与待测面之间的夹角，最后根据夹角和所得的晶面指数，获取待测晶体上待测面的晶面指数。相较于现有技术根据形貌判断来晶体定向，或者通过预估大致方向后，利用逐步切割来晶体定向，本发明通过在待测晶体上切割被测晶体，被测晶体的切割面等同于待测晶体的切割面的晶面指数，再通过待测晶体的切割面的晶面指数，计算待测晶体其它待测面的晶面指数，效率较高、准确度较高，而且由于只切割了一小块被测晶体，故晶体损耗较小。

本发明另一实施例提供一种晶体定向装置，如图2所示，装置包括：

切割单元201，用于从待测晶体1上切割被测晶体2；

第一获取单元202，用于获取被测晶体2的切割面p1的晶面指数；

第二获取单元203，用于获取待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；

第三获取单元204，用于根据夹角和被测晶体2的切割面p1的晶面指数，获取待测晶体1上待测面的晶面指数。

进一步的，第一获取单元202具体用于：获取被测晶体2的衍射数据；根据被测晶体2的衍射数据，获取被测晶体2的晶轴方向；根据被测晶体2的晶轴方向和被测晶体2的几何形状，获取被测晶体2的切割面p1的晶面指数。

第三获取单元204具体用于：当所述待测晶体为立方晶系时，根据第一公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第一公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值。

在实际应用中，当所述待测晶体为四方晶系时，可以根据第二公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第二公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；a1、c1为四方晶系的晶胞轴长。

当所述待测晶体为六方晶系时，可以根据第三公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第三公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；a2、c2为六方晶系的晶胞轴长。

当所述待测晶体为正交晶系时，可以根据第四公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第四公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；a3、b3、c3为正交晶系的晶胞轴长。

当所述待测晶体为三方晶系时，可以根据第五公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第五公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；d1为被测晶体2的切割面p1的晶面间距；d2为待测晶体1上待测面的晶面间距；a4为三方晶系的晶胞轴长；α1为三方晶系的晶胞轴之间的夹角；v1为三方晶系的晶胞体积。

当所述待测晶体为单斜晶系时，可以根据第六公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第六公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；d1为被测晶体2的切割面p1的晶面间距；d2为待测晶体1上待测面的晶面间距；a5、b5、c5为单斜晶系的晶胞轴长；β1为单斜晶系的晶胞轴a5和c5之间的夹角。

当所述待测晶体为三斜晶系时，可以根据第七公式获取待测晶体1上待测面的晶面指数；

第七公式为：

其中，θ为待测晶体1上切割面与待测面之间的夹角；h1、k1、l1为被测晶体2的切割面p1的晶面指数(h1k1l1)中的具体值；h2、k2、l2为待测晶体1上待测面的晶面指数(h2k2l2)中的具体值；d1为被测晶体2的切割面p1的晶面间距；d2为待测晶体1上待测面的晶面间距；a6、b6、c6为三斜晶系的晶胞轴长；α2、β2、γ为三斜晶系的晶胞轴之间的夹角；v2为三斜晶系的晶胞体积。

可选的，第二获取单元203为测角器。

本发明提供的晶体定向装置，通过切割单元从待测晶体上切割被测晶体，然后第一获取单元获取被测晶体的切割面的晶面指数，即待测晶体的切割面的晶面指数，第二获取单元再获取待测晶体上切割面与待测面之间的夹角，最后第三获取单元根据夹角和所得的晶面指数，获取待测晶体上待测面的晶面指数。相较于现有技术根据形貌判断来晶体定向，或者通过预估大致方向后，利用逐步切割来晶体定向，本发明通过在待测晶体上切割被测晶体，被测晶体的切割面等同于待测晶体的切割面的晶面指数，再通过待测晶体的切割面的晶面指数，计算待测晶体其它待测面的晶面指数，效率较高、准确度较高，而且由于只切割了一小块被测晶体，故晶体损耗较小。

本发明又一具体实施例提供了一种晶体定向方法：ga2s3大单晶的晶体定向。

ga2s3属于单斜晶系(cc空间群，晶胞参数：90.0°，121.15°，90.00°，)，其对称性较低，有些不同晶面指数的衍射条纹2θ靠得近(如下表所示)，无法使用现有方法进行区分，因此对于这些晶面无法用现有方法进行晶体定向。

采用本发明的方法：首先，在待测晶体ga2s3的大晶体上切割出一块被测晶体(长度、宽度、高度均≤1mm)，为方便晶面的识别，可以在被测ga2s3晶体切割面上标记不同的颜色。其次，将被测ga2s3晶体放在单晶衍射仪上进行衍射测试和晶体定向，可获得被测ga2s3晶体标记面的晶面指数，分别为晶面(02)，晶面(001)。之后，量取待测晶体ga2s3的大晶体上切割面与其他各个待测面之间的夹角。最后，根据夹角及被测ga2s3晶体的晶面指数，通过计算程序可计算出待测晶体ga2s3的大晶体各个晶面的晶面指数。从计算结果可知待测晶体ga2s3的大晶体的主要晶面的晶面指数为(2)和(10)。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。