Mono-crystalline Kwarts

Het kwarts in de vervaardiging van de producten van de frequentiecontrole is wordt gebruikt mono kristallijn van een asymmetrische hexagonale vorm die. Chemisch, is het Kwarts Siliciumdioxyde, SiO2 die natuurlijk als meest bundant mineraal op aarde voorkomen, die ongeveer 14% van het aardoppervlak vormen.

De betekenis van mono kristallijn kwarts in de moderne elektronische industrie is het resultaat van zijn gecombineerde eigenschappen van piezoelectricity, hoge mechanische en chemische stabiliteit, zeer hoog Q bij resonantie en moderne lage kostenmethodes om hoge niveaus van zuiverheid in synthetisch materiaal uiterst te produceren.

Het kwarts is nu onontbeerlijk als belangrijkste materiaal voor het controleren van frequentie in elektronisch materiaal en voor nauwkeurigheid op lange termijn door primaire atoomnormen zoals Caesium en Rubidium slechts overtroffen.

Niettemin wordt de recente ontwikkeling van mems, micro- elektro mechanische systemen, en nems, nano-elektro mechanische systemen, geplaatst om de markt van de frequentiecontrole met de integratie te hervormen van eenvoudige die klokken in de siliciumsubstraten voor IC-vervaardiging worden gebruikt.

Deze miniatuurapparaten kunnen onvermijdelijk alle eenvoudige klokken vervangen die toegevoegde betrouwbaarheid verstrekken aan lagere kosten en waar de minimumtimingsnauwkeurigheid een vereiste is.

In zijn fundamenteel chemisch vormsilicium kan het dioxyde niet voor frequentiecontrole worden gebruikt en moet zijn van de mono kristallijne structuur waarin het bruikbare piezoelectric kwaliteiten toe te schrijven aan zijn asymmetrische vorm tentoonstelt. Piezoelectricity (Griekse Piezein ‚om te drukken‘) werd in mono kristallijn kwarts ontdekt door de Curiebroers in Sorbonne, Parijs 1880.

Nochtans was het niet tot 1917 dat dit bezit in een praktische toepassing werd gebruikt toen Professor Langevin in Frankrijk en A.M. Nicolson in Western Electric onafhankelijk sonarzendontvangers op zee voor de opsporing van onderzeeërs ontwierp.

Nicolson ging later een aantal octrooien voor toepassingen indienen gebruikend zowel kwarts als Rochelle Salt. Dit laatstgenoemde materiaal antwoordde sterk aan correcte golven en elektrostimulus en werd opgenomen door Nicolson in ontwerpen voor Microfoons, Luidsprekers en Fonograafbestelwagens. Terwijl Nicolson het gebruik van Piezo elektrische materialen voor het controleren van de frequentie van een vacuümbuisoscillator had voorgesteld was het Dr. Walter Cady van de Wesleyan Universiteit dat de eerste octrooien voor kristal gecontroleerde oscillatoren in 1923 indiende.

Prof. G.W. Pierce van de Universiteit van Harvard voerde ongeveer het verdere werk bij de ontwikkeling van de kristaloscillator in dit keer uit. Pierce's was de hoofdvoltooiing het ontwerp van een kristal gecontroleerde oscillator slechts één vacuümbuis met behulp van en geen gestemde kringen die buiten het kristal zelf.

Tijdens de vroege jaren '20 vorderden de ontwikkeling van de kristaloscillator en de radiotechnologie regelmatig zij aan zij. De belangrijkste toepassingen voor kristaloscillatoren tijdens deze vroege dagen waren voor gebruik als tijdnormen en het was niet tot rond 1926 dat de kristaloscillatoren werden gebruikt om de frequentie van een radiozender te controleren. Dit werd gedaan bij radiostation WEAF in New York dat langs BIJ en T. werd bezeten.

De Laboratoria van de kloktelefoon die deel van AT&T en samen met het Marconi-Bedrijf in het UK en S.E.L. Germany waren bereikten vele belangrijke ontwikkelingen in kristaltechnologie tijdens de jaren '30. In 1934 ontdekten de Heren Lack en Willard in Bell Labs BIJ Besnoeiing en BT sneed kristallen die de communicatie de industrie enorm beter frequentie versus de kristallen van temperatuurprestaties gaven.

De betere het verzegelen en productietechnieken samen met de ontdekking van een nieuwe familie van Spanning Gecompenseerde besnoeiingen zijn onder enkele vooruitgang die tijdens het laatste decennium samen met het recentere omgekeerde mesaproces en de miniaturisatie van kristallen en oscillatoren is gemaakt.

Piezoelectric materialen stellen een gericht verwante elektrische last tentoon wanneer onderworpen aan druk en omgekeerd veroorzaakt de toepassing van een elektrische last dat een gericht verwante kracht wordt geproduceerd binnen het materiaal. De toepassing van een afwisselend elektrisch gebied zal het materiaal om veroorzaken te trillen en later mechanisch te resoneren. De frequentie van om het even welke mechanische resonantie wordt bepaald door de fysieke afmetingen van het materiaal, de ‚besnoeiingshoek‘ met betrekking tot de kristallijne as van het originele mono kristallijne kristal, de omgevingstemperatuur en om het even welke wijzigende gevolgen van bijbehorende mechanische of elektrocomponenten.

De eigenschappen van gekristalliseerd kwarts omvatten zijn hoge chemische en mechanische stabiliteit en een lage temperatuurcoëfficiënt, resulterend in een pasmunt in resonerende frequentie voor om het even welke verandering in omgevingstemperatuur, samen met zeer hoog Q bij resonantie. Het komt natuurlijk voor en al vroeg experimenteel werk werd uitgevoerd gebruikend natuurlijk gekristalliseerd kwarts.

Nochtans, natuurlijk - lijdt het het voorkomen gekristalliseerde kwarts aan opneming van onzuiverheden, bellen, barsten en het samenbrengen, die zijn waarde voor gebruik in frequentiecontrole vermindert aangezien deze de q-factor verminderen. Daarom werd de productie van synthetisch kwarts gevestigd om een zuivere vorm van kristallijn kwarts te veroorzaken vrij van het samenbrengen en onzuiverheden.

Het synthetische kwarts wordt in een autoclaaf van een verzadigde oplossing van Si-O2 bij ongeveer 400°C en bij een druk van 1000Kg/cm2 geproduceerd om een super verzadigde oplossing te veroorzaken.

Het proces om synthetisch die kwarts te vervaardigen is hydrothermale methode genoemd wordt waarin de voorbereide zaadplaten van pre-georiënteerd mono kristallijn kwarts in de verzadigde oplossing worden opgeschort en door de temperatuur van de oplossing te verminderen de groei van grote kristallen onder laboratorium wordt verkregen voorwaarden controleerde die zo onzuiverheden minimaliseren en het nuttige volume van materiaal maximaliseren.

De groeipercentages van het synthetische materiaal moeten in de orde van 1mm per dag of minder een maximumzuiverheid bereiken. De kwartsresonators voor gebruik in elektronische kringen worden geproduceerd door kristallijn kwarts in wafeltjes (of spaties die) te snijden, elektroden op elke kant van het wafeltje plateren en de resonator insluiten in een geschikte houder. De afmetingen van het kwartswafeltje bepalen hoofdzakelijk de resonatorfrequentie hoewel dit ook door de grootte en de dikte van de elektroden en het bijbehorende elektroschakelschema wordt beïnvloed.

De richtlijn van het wafeltje aan de kristallijne optische as ‚wordt gesneden‘ is kritiek om nauwkeurigheid van de resonerende frequentie en een noodzakelijke lage temperatuurcoëfficiënt van frequentie voor de definitieve resonatoreenheid te bereiken die. De ‚besnoeiing zal‘ de kenmerken veroorzaken van de frequentietemperatuur die of tweede (vierkantige) orde zijn of de derde (ternaire) orde zal en daarom de kenmerken enig of dubbel omkeert punten tentoonstellen.