수정 결정, 타이밍 재료
December 24, 2021
수정 결정, 타이밍 재료1. 도입석영은 압전 재료입니다. 전극이 반대면에 붙어 있는 채로, 석영의 박형 웨이퍼는 전압이 2개 전극에 적용될 때 기계적으로 떨립니다. 진동의 주파수는 주로 웨이퍼 차원의 기능입니다. 전극이 첨부된 채로 적당히 탑재될 때 공진자로 불린 웨이퍼가 오랫동안 무선 송신기의 제어용 주파수를 위해 사용되었고 그것이 압전성질이 필터, 진동자와 기타 장치에서 사용되는 통신 통신 설비의 중요한 구성 요소였습니다. 다양한 DSP와 같은 마이크로프로세서, 컴퓨터, 프로그램 가능 제어기들, 시청과 다른 디지털 장비를 위한 지금 수정 결정 시간과 좌표 신호.
석영은 이산화 실리콘 (SiO2)의 결정체 형상입니다. 그것은 2649 kg/m3의 비중과 단단한 부서지기 쉬운, 투명 재질이고 1750년' C. 석영의 융해점이 보통 산에서 녹지 않지만 불화수소산에서 그리고 고온 알칼리에서 녹습니다. 석영이 573' Ｃ로 가열할 때, 그것의 결정체 형상은 변합니다. 이 전이 온도 위의 안정적인 형태가 고순도 석영 또는 베타 석영으로 알려지는 반면에, 573' Ｃ 아래에 있는 안정적인 형태는 저온 석영 또는 알파 석영으로 알려집니다. 공진기 애플리케이션을 위해, 유일한 알파 석영은 흥미가 있고 그렇지 않았다면 말해지지 않는다면 속편에 임기 석영이 항상 알파 석영을 언급합니다. 석영은 풍부한 천연재료이지만, 그러나 상당한 노동이 나쁜질 천연 석영으로부터 상등품을 분리하도록 요구됩니다. 실리콘 (주로 이산화의 모양으로, 그리고 일반적으로 작은 석영 미소결정이) 지각 중 대략 1/3, 크기의 천연 석영과 그것의 압전성질을 사용하는 장치의 용도에 적합한 질을 포함하고 주로 브라질에서 발견되었을지라도. 천연 석영은 그것이 임의적인 모양과 크기에서 발생하기 때문에 가공처리하도록 또한 비쌉니다. 게다가, 나쁜질 석영에서 약간의 부분은 단지 부분 처리 뒤에 발견됩니다. 그리고 천연 석영에서 넓게 퍼진 음란은 종종 작은 웨이퍼의 절단을 비실용적이게 합니다. 교양있는 석영의 개발에 첫번째 주요 단계는 미국 미 육군 통신대가 박사의 지시에 의해서 솔 시험소에게 계약을 주었을 때 1936년에 있었습니다. 쟈페, 건강한과 톱질꾼. 이것은 좋은 압전기 질로 천연 석영 이 미결정인 부족으로 인해 행해졌고 습관적으로 브라질로부터 구입했습니다.
오늘, 석영은 지금 규정된 치수로 인위적으로 성장됩니다. 결정 방위는 제어되고 순도가 한결같게 높습니다. 표준 크기는 절단 웨이퍼의 비용을 줄이고 낮은 구동력을 요구하는 작은 공진기의 가능성을 만들면서, 음란이 넓게 전파됩니다. 2. 교양있는 석영을 성장시키는 염기성법교양있는 석영은 압력솥으로 알려진 큰 압력 용기에서 성장됩니다 (다음과 같은 도면을 보세요). 압력솥은 700 내지 800' Ｆ의 내부 온도로 30,000 평방인치당 파운드까지 압박을 견뎌낼 수 있는 한쪽 끝에 마무리되는 금속 실린더입니다. 그것은 보통 직경에서 12에서 높은 20 피트와 2에서부터 3 피트까지 서 있습니다.
순수하 그러나 표면 가공되지 않은 석영 (크기에서 1 내지 1.5 인치)의 작은 칩이 라스카스 또는 영양분을 불렀고, 철사 그물 세공 바구니에 위치하고 선박의 하반부 안으로 낮아졌습니다. 방해로 불린 예정된 구멍과 강철판이 바구니의 위에 설정됩니다. 방해는 성장 (씨) 지역과 영양가가 있는 지역을 분리하고 2개 지역 사이에 온도 차이를 확립하는 것을 돕기 위해 사용됩니다. (또한 자연적이거나 교양있는) 적당히 향한 단일 결정판, 불려진 종자는 랙에 설치되고 선박의 상단 반쪽에서 방해의 위에 보류됩니다. 압력솥은 미래 액체 팽창을 고려하기 위해 그리고 나서 그것의 자유 체적 중 대략 80%에 수성 알칼리 용액 (탄산 나트륨 또는 나트륨하이드록사이드)로 채워지고 그것이 고압력 마감으로 밀봉됩니다. 압력솥은 실린더의 외부 원주에 붙어 있는 일련의 저항성 히터에 의해 작동 온도에 그리고 나서 보내집니다. 온도가 증가한 것처럼, 압력은 압력솥 이내에 구축되기 시작합니다. 상단 반쪽이 하반부 보다 70 내지 80' Ｆ 냉각기로 유지되는 동안 700 내지 800' Ｆ의 온도는 선박의 하반부에 달성됩니다.
운영 압력과 온도에, 라스카스는 그리고 나서 상승시키는 용기의 하반부에서 가열된 용액에 녹습니다. 그것이 선박의 상부의 냉각기 온도에 도달한 것처럼, 라스카스 이내에 분해되는 석영이 씨 위에 재결정되게 하면서, 해결책은 과포화되게 됩니다. 냉각된 소모된 용액은 그리고 나서 라스카스가 고갈하고 교양있는 석영 돌들이 바람직한 크기에 도달했을 때까지 주기를 반복하기 위해 선박의 하반부로 돌아갑니다. 바람직한 석재 크기와 특성과 프로세스 유형 - 나트륨하이드록사이드 또는 탄산 나트륨에 달려 있는 25부터 365 일까지 이 소위 수열 프로세스 시간 범위. 3. 대칭성, 쌍정 형성과 수정 결정의 사이즈알파 석영은 결정 클래스 32에 속하고 그것이 각각 끝에 있는 여섯개 캡 표면들과의 육각 프리즘입니다. 프리즘 표면들은 지정된 m-표면이고 캡 표면들이 Ｒ와 r-표면으로 칭합니다. R-표면은 종종 주요 마름모꼴 표면들로 불리고 r-표면이 작은 마름모꼴 표면들입니다. 둘다 왼손이고 오른쪽 크리스탈은 자연스럽게 발생하고, Ｓ와 Ｘ 표면들의 위치에 의해 구별될 수 있습니다.
위에서 말한 도면에 나타난 바와 같이, 알파 석영 크리스탈은 3배 대칭성 (3 회 대칭축)의 단일축을 가지고 있고 그것이 저 3 회 대칭축과 직각인 2 중 대칭 (디고날 감원)의 3 감원을 가지고 있습니다. 디고날 감원은 뿔뿔이 120을 간격을 둡니다'과, 극 감원입니다 즉, 명확한 의미가 그들에게 양도될 수 있습니다. 극 감원 이 존재는 중심 대칭의 부족을 의미하고, 압전 효과의 존재하에서 필수 요건입니다. 디고날 감원은 또한 석영 (Ｘ, Y-축)의 전기 감원으로 알려집니다. 완전히 고도로 발달한 자연적 표면들과의 크리스탈에서, 각각 원선의 2 끝은 Ｓ와 Ｘ 표면들의 존재 또는 부재에 의해 구별될 수 있습니다. 압력이 전기 주축의 방향에 가해질 때, 음전하는 이러한 표면들에 의해 변경된 주축의 저 끝에 개발됩니다. 3 회 대칭축의 2 마지막이 동등하다는 것을 그것에 직각인 디고날 감원 이 존재가 암시하기 때문에, 또한 광학 축 (Z 축)로 알려진 3 회 대칭축이 극이지 않습니다. 그러므로 어떤 압전 분극도 광학 축을 따라 생산될 수 없습니다. 직각 좌표계에, Z축은 Ｍ 프리즘 표면들과 평행합니다. X-축과 직각인 그것의 주 표면으로 절단된 석영 이 담긴 플레이트는 x 컷트판으로 불립니다. Z축에 관한 줄인 90 도를 회전시키는 것 주 표면에게 지금 수직적인 Y-축과 Y커트 플레이트를 줍니다. 수정 결정이 프리즘 표면들을 6명 가지고 있기 때문에, 3이지 선택은 X-축과 Y-축을 위해 존재합니다. 선택은 임의적입니다 ; 각각은 동등하게 행동합니다.
석영은 광활성 재료입니다. 평행 편광의 빔이 광학 축을 따라 전송될 때, 편광면의 회전은 발생합니다,와 회전이 거리가 물질에서 가로질렀는지에 달려있는 양. 회전의 감각은 좌수정과 우수정으로 알려진 알파 석영의 2가지 자연스럽게 발생하는 형식을 분간하는데 사용될 수 있습니다. 좌수정에서 빛을 얻는 소식통을 기대하여 관찰자에 의해 보일 때 편광면은 안티-클록와이즈 회전하고 우수정에서 그것이 오른쪽으로 돌아 회전합니다. 생산된 가장 교양있는 석영은 반면에 자연적 왼쪽에서, 우수정이고 오른쪽 석영이 똑같이 분포된 것 대한 것입니다. 각각 형태는 똑같이 잘 공진기의 제조에서 사용될 수 있지만, 그러나 좌우 형태가 섞이며, 그것이 광학적으로 짝을 이루는 물질 물질이 사용될 수 없습니다. 다른 한편으로는, 모든 똑같은 손이지만, 그러므로 전체적 압전 효과를 감소시키면서, 전기적으로 짝을 이루는 물질은 전기 주축의 의미가 역으로 돌려지는 지역을 포함합니다. 그와 같은 재료는 또한 공진기 적용에 적합하지 않습니다. 쌍정 형성 이 존재와 천연 수정의 다른 결점은 적당한 천연재료 이 부족에 대한 주요 이유이고 교양있는 석영에서 중요한 쌍정 형성의 부재가 그것의 주요 장점 중 하나를 구성합니다. 알파 석영이 573' Ｃ 위에게 가열될 때, 결정체 형상은 베타 석영의 그것으로 바꾸며, 그것이 삼각 대칭보다 오히려 6 각형이어서 가지고 있습니다. 573' Ｃ를 통하여 냉각되는 것에, 재료는 알파 석영으로 되돌아가지만, 일반적으로 전기적으로 짝을 이루는 것 나타날 것입니다. 같은 이유로, 큰 열이거나 기구적 응력의 적용은 쌍이 되는 것 유도할 수 있고 따라서 그것이 어떠한 그와 같은 열식 또는 기계적인 충격을 피하기 위한 가공처리하는 공진기에 필요합니다.
그들이 생산된 압력솥에서 제거된 후, 교양있는 수정 결정은 소위 나무를 벌채한 바 안으로, 갈림으로써, 전환됩니다. 이것들은 길고, 공진기를 위한 웨이퍼 안으로 후속 컷팅에 적합한 장방형의 바입니다. 나무를 벌채한 바는 일반적으로 6 내지 8 인치 장기간이지만, 그러나 마지막 근처에 있는 재료가 쓸모없기 때문에 사용 가능 길이가 5 내지 6 인치에 대한 것입니다. 더 긴 바는 성장될 수 있지만, 그러나 이것들이 더 긴 씨를 요구하며, 그것의 비용이 길이로 신속히 증가합니다. 2 웨이퍼가 정상적으로 각각 조각에서 삭제되기 때문에 나무를 벌채한 바의 높이는 일반적으로 대략 2회 폭입니다. 수많은 표준 크기 나무를 벌채한 바는 이용 가능하고 석영이 또한 성장되고 규정된 치수에 접지할 수 있습니다. 4. 수정 결정에서 화학 불순물양쪽은 배양시켰고 천연 석영이 공진기 성능에 영향을 미칠 수 있는 화학 불순물을 포함합니다. 화학 불순물은 석영에서 실리콘과 산소와 화학 결합을 형성하는 그것들입니다. 알루미늄, 철, 수소와 불소는 전형적 화학 불순물입니다. 그들은 종종 천연 석영에서 발견된 그것 보다 교양있는 석영에서 많은 낮은 수준을 유지합니다. 그러나, 화학 불순물은 고르게 교양있는 석영에 배포되지 않습니다. +x, - 때때로 형성되는 Ｘ와 Ｚ 지역과 소위 Ｓ 지역이 화학 불순물의 다른 수준을 포함합니다. 2개 Ｚ 지역은 최소량의 음란을 포함합니다. +x 지역은 Ｚ 지역과 Ｘ 지역이 더 아직 많은 음란을 가지고 있는 더 많은 음란을 포함합니다. 일반적으로 작은 Ｓ 지역에서 음란의 비중이 Ｚ 지역에서 그것과 +x 지역에서 그것의 사이에 있습니다. 넓은 씨가 계발을 위해 사용될 때, 나무를 벌채한 바의 Ｚ 지역은 크고 +x이고 - Ｘ 지역이 작습니다. 좁은, 덜 비싼 씨가 사용될 때, Ｚ 지역은 작+x입니다고 - Ｘ 지역 큽니다. 일반적으로, 화학 불순물 can 결과는 방사선 경도, 감기는 것에 민감성, 진동자 단기간과 장기 출력 안정성과 필터 손실량과 같은 공진기 성적에서 안에 떨어집니다. 5. 공진기 큐와 수정 큐공진자의 Q값은 에너지의 비율이 사이클 동안 잃어버린 에너지에 저장했다는 것 입니다 :
공진기를 운전하는 것은 요구된 권력의 조치이기 때문에 가치는 중요합니다. 큐는 주로 공진기가 작동하는 환경의 기능입니다, 표면 결함, 기계적인 부착과 공진기를 처리하고 탑재하는 데서 발생하는 다른 요인.
석영 나무를 벌채한 바는 또한 Q값을 할당받지만, 그러나 쿼츠바 동안 큐가 저장된 에너지와 에너지 분실의 직접적인 측정을 기반으로 하지 않습니다. 그 대신에, 쿼츠바의 큐는 바에 음란을 기반으로 한 최적의 값입니다. 교양있는 석영에서 화학 불순물은 나무를 벌채한 바의 단면 조각에서 Ｚ 지역을 통하여 적외선등을 지시함으로써 측정됩니다. 2개의 특정 파장 (3,500 nm과 3,800 nm)에 있는 투과율의 차이는 측정되고 Q값이 이러한 데이터로부터 산정됩니다. 높은 큐를 가지고 있는 석영은 낮은 큐와 그것들 보다 더 적은 음란을 포함하고 미국 전자 산업 협의회 규격 477-1마다, 적외선 큐 측정이 일상적으로 석영 품질의 지표로서 석영 재배자들과 사용자들에 의해 사용됩니다.
공진기를 위한 큐의 가치는 일반적으로 공진기가 줄여진 쿼츠바 동안 그것과 같지 않습니다. 그러나, 공진기의 큐는 쿼츠바의 큐가 임계 함량보다 낮을 때 영향을 받을 수 있습니다. 180만의 Q값 또는 교양있는 석영을 위한 더 높화학 불순물이 대부분의 어플리케이션을 위한 공진기의 마지막 큐에서 요소이지 않을 것이라는 암시입니다. 큐의 그와 같은 가치를 가지는 석영은 일반적으로 전자 등급 (등급 Ｃ)로 불립니다. 프리미엄 등급 석영은 220만 (등급 비)의 큐를 가지고 있고 특별한 프리미엄이 300만 (등급 A)의 큐를 가지고 있습니다. 중요합니다. 그러므로, 심지어 수정 큐가 적용, 공진기의 (전극 사이에) 활동 부분이 +x를 포함하는 큐와 주파수 대 온도 초기 거동이 반대로 영향을 미칠 수 있는 공진기에 적당하 - Ｘ 또는 Ｓ 영역 소잰 곳에서.
z-지역 재료를 단지 포함하는 수정 결정 웨이퍼는 상대적으로 비싼 넓은 씨앗으로부터 성장된 바로부터만의 성공적으로 줄여질 수 있습니다. 다행히, 전극은 공진기 웨이퍼의 전체 표면적과 +x에 포함된 음란을 좀처럼 커버하지 않습니다 - Ｘ 또는 Ｓ 지역이 이러한 불순물 소재가 활동 부분 밖에 거짓말할 때 반대로 공진기 작전에 영향을 미치지 않습니다. 그러므로, 대부분의 어플리케이션을 위한 공진기는 상대적으로 값이 싼 좁은 씨로부터의 석영 그로운을 사용할 수 있습니다. 6. 개요유명한 퀴리 커플에 의해 1880년에 발견되고 한때 루-헤위킨 천연 결정체로부터 비싼 비용에 획득된 압전 수정진동자가 특정 크기와 순도의 크리스탈을 생산하는 과정에 의해 지금 인위적으로 성장됩니다. 이 교양있는 석영은 비용을 낮추고 오늘의 디지털 회로의 타이밍에 중대한 공진기의 규모를 줄였었습니다. |