QuartzCom石英水晶歷史小冊子SMX-2C

從天然石英到精密計時

壓電效應(yīng)是居里兄弟在1880年描述的。這是基礎(chǔ)知識 需要開啟一個時間測量和頻率控制的新時代。

直到20世紀(jì)60年代，天然石英還被用作原材料石英晶振晶體的生產(chǎn)。但是喬治·斯佩齊亞已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 1900年在意大利都靈大學(xué)石英。他的高壓滅菌器很小，是氣體加熱的。他制作了 第一個可用的人造石英石。石英的生長是不可能的由熔化的材料制成。石英的反轉(zhuǎn)點在 573 ℃,其中結(jié)構(gòu)從低溫α 石英(壓電)到高溫β石英(不再 壓電)。在從高溫到低溫的過程中，晶體追溯到阿爾法石英結(jié)構(gòu)。而是來自阿爾法石英 存在兩種結(jié)晶學(xué) 版本，右手左手水晶。 這產(chǎn)生了雙胞胎，意味著 水晶的一部分被留下了 另一部分是右撇子。這給出了一個完全不同的行為 最終產(chǎn)品。這樣的水晶已經(jīng)沒用了敬水晶行業(yè)。

要開始生長一種新晶體，需要一種非常好的材料。種子質(zhì)量決定了晶體生長的質(zhì)量。第一代的種子大部分是從自然中產(chǎn)生的 石英晶體。所以在這個過程中使用了少量的天然石頭。

今天的高壓滅菌器有更大的 尺寸，最大高度 幾十米和一個或 直徑更大。這 內(nèi)在條件保持不變 100多塊也一樣 年，壓力2000巴 和370攝氏度的溫度 電熱提供了正確的 溫度和生長 時間從幾個星期開始 最長一年，取決于 最終寶石的大小和質(zhì)量。電力的消耗構(gòu)成了能源消耗的主要部分 材料價格。

人造石英晶體比天然石頭有許多優(yōu)點。只有一種類型，右手石英晶振，就產(chǎn)生了。在這種情況下，所有晶體切割的方向和方向完全 安全。內(nèi)含物較少，沒有孿晶和aQ值的保證。在天然水晶上 看起來像一個雞蛋，主軸帶有光學(xué) 必須找到方法。接下來是 尋找內(nèi)含物，然后切割 X射線控制切片。通過蝕刻控制孿晶 圖片也必須做。那要花很多時間。 產(chǎn)量是不可重復(fù)的

這與合成晶體不同。產(chǎn)量并不更多地取決于材料，而僅僅取決于所使用的材料 流程。如今，雙旋轉(zhuǎn)切割的高精度晶體要求非常嚴(yán)格的公差。高的 所有切割和研磨過程中的精度是必要的，并提高了對測量的要求 技術(shù)也是。兩個旋轉(zhuǎn)方向和頻率的角度公差范圍為0.002度 必須在大規(guī)模生產(chǎn)過程中測量ppb范圍內(nèi)的精度。這比在 半導(dǎo)體工業(yè)。對于空間應(yīng)用，材料必須通過一個額外的過程，即 清掃。這個過程是一個高溫下的電擴(kuò)散過程，可以除去不需要的離子 材料。這需要幾個星期，是一個非常困難的過程。該過程對于減少 高能輻射對晶體頻率的影響。

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沒有振蕩器的石英晶體的第一次使用是所謂的電致發(fā)光晶體。這種類型 用于控制大型LC穩(wěn)定無線電臺的頻率。氣體中的晶體 環(huán)境，在共振的情況下，讓電流通過。這允許它開始?xì)怏w放電氣體開始發(fā)光。

晶體的真正使用始于20世紀(jì)20年代電子石英晶體振蕩器的發(fā)展。從這個用電場刺激機(jī)械振動是可能的。的穩(wěn)定性 現(xiàn)在可以使用機(jī)械振動。第一個諧振器和今天使用的大多數(shù)諧振器是體聲波諧振器(BAW)。后來還使用了另一種效應(yīng)，表面聲波諧振器(聲表面波)。在聲表面波上，用特殊波形的表面?zhèn)鞑泶嬉袅空饎印AW主要用于過濾應(yīng)用。

加速晶體生長的重要時期 發(fā)展和生產(chǎn)是第二次世界大戰(zhàn)冷戰(zhàn)后。水晶被用于通訊系統(tǒng)和雷達(dá)。后來全球定位系統(tǒng)被 建成了。所有這一切都需要非常精確的計時。首批之一 大規(guī)模生產(chǎn)的晶體是所謂的“通道晶體” 交流。它有標(biāo)準(zhǔn)的尺寸并被生產(chǎn)出來 來自不同的工廠用于相同的用途

石英晶體電子表最早用于 天文目的。開始的時候，一個人坐滿了整個房間。隨著 集成電路的發(fā)展手表的晶體必須適合手表。的生產(chǎn) 微型音叉已經(jīng)開始。

今天的晶體尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的，尺寸小至2x2mm，高度低于1mmSMD晶振， 這種非常小的晶體不能滿足與較大晶體相同的規(guī)格。應(yīng)用程序確定 石英晶體的大小。BAW諧振器覆蓋了從低kHz(尤其是時鐘 晶體)以及高達(dá)幾百MHz的頻率， 并且超過1GHz是可能的。在……里 現(xiàn)代世界的石英晶體是 在許多應(yīng)用中使用。開始 從腕表到 手機(jī)，電腦，電視， 洗衣機(jī)、汽車、飛機(jī)和 直到我們使用的衛(wèi)星 至少有一個晶體 每個應(yīng)用程序。今天的高點 精密時鐘現(xiàn)在使用其他類型 基本振動。這些是 不再有機(jī)械振動，但是 是原子上的電子躍遷 基礎(chǔ)，就像銣鐘。這些 時鐘具有更好的長期穩(wěn)定性。 但是他們沒有達(dá)到短時間 高的穩(wěn)定性(相位噪聲) 精密石英振蕩器。

石英晶體或具有多個電極的晶體的組合被用作頻率濾波器 質(zhì)量因素。這主要用于電信系統(tǒng)中分離頻道。

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另一個應(yīng)用領(lǐng)域是傳感器應(yīng)用。特殊的諧振器設(shè)計允許應(yīng)用為 溫度傳感器、質(zhì)量傳感器、壓力傳感器等。所有這些參數(shù)都可以很容易地鏈接到振動器的頻率變化。一個非常常見的應(yīng)用是真空中的薄膜厚度傳感器 蒸發(fā)系統(tǒng)。利用施加質(zhì)量的頻率變化效應(yīng)，一個非常簡單的薄膜厚度 測量是可能的。取決于晶體振動器的基頻，質(zhì)量 靈敏度可以達(dá)到原子層的數(shù)量級

石英晶體在當(dāng)今世界隨處可見，但我們并沒有注意到它們。僅當(dāng)以下情況之一 它們壞了，我們的手機(jī)、洗衣機(jī)、汽車都不能用了。沒有石英晶體的所有通信世界將會停止。看看這個小元件，它的機(jī)械精度精確到原子層，并了解自己有多少工作，技術(shù)和精度是必要的產(chǎn)生這些晶體中的一個。