晶体是由大量微观物质单位(原子,离子,分子等)按一定规则有序排列的结构,因此可以从结构单位的大小来研究判断排列规则和晶体形态.晶体可以制造成在从几千赫兹到几百兆赫的很宽频率范围内振荡.许多应用要求石英晶体振荡器频率方便地与其他所需频率相关,因此数百个标准晶振频率由电子分销商大量生产和储存.例如,许多非电视应用使用3.579545兆赫晶体,因为它们是为NTSC彩色电视接收机大量制造的.使用分频器,倍频器和锁相环电路,可以从一个参考频率获得宽范围的频率.
晶体结构和材料
振荡器晶体最常见的材料是石英.在该技术开始时,使用天然石英晶振,但是现在通过水热合成生长的合成晶体石英由于更高的纯度,更低的成本和更方便的处理而占优势.天然晶体的少数剩余用途之一是用于深井中的压力传感器.在第二次世界大战期间和之后的一段时间里,天然石英被美国视为一种战略材料.大晶体是从巴西进口的.原材料"拉斯卡斯",水热合成的原材料石英,进口到美国或科尔曼石英在当地开采.1994年生长的合成石英的平均值为60美元/千克.
存在两种类型的石英晶体:左手和右手.两者的旋光性不同,但其他物理性质相同.如果切割角度正确,左旋和右旋晶体都可以用于振荡器.在制造过程中,通常使用右手石英.一氧化硅四面体形成平行螺旋;螺旋线的扭转方向决定了左手或右手的方向.螺旋沿z轴排列并合并,共享原子.螺旋的质量形成了平行于z轴的大小通道的网格.大的足够大,可以让较小的离子和分子穿过晶体.

石英有几个阶段.在573℃和1个大气压下(以及在更高的温度和压力下),α-石英经历石英反转,可逆地转变为β-石英.然而,相反的过程不是完全均匀的,并且出现晶体孪晶.在制造和加工过程中必须小心避免相变.其他相,如高温相鳞石英和方石英,对振荡器并不重要.所有石英晶体振荡器晶体都是α-石英类型.
红外分光光度法被用作测量生长晶体质量的方法之一.通常使用波数3585,3500和3410cm-1.测量值基于羟基的吸收带,并计算红外Q值.电子级晶体,丙级,Q值在180万以上;特级乙类水晶的品质因数为220万,特级甲类水晶的品质因数为300万.仅针对z区域计算Q值;含有其他区域的晶体会受到不利影响.另一个质量指标是蚀刻通道密度;当晶体被蚀刻时,沿着线性缺陷产生管状通道.对于涉及蚀刻的处理,例如手表无源音叉晶体,低蚀刻通道密度是理想的.扫描石英的蚀刻通道密度约为10-100,未扫描石英的蚀刻通道密度明显更高.蚀刻通道和蚀刻坑的存在降低了谐振器的品质,并引入非线性.
石英晶体可以为特定目的生长.
用于自动切割的晶体是振荡器材料大规模生产中最常见的;形状和尺寸被优化以获得所需晶片的高产量.生长高纯度石英晶体时,铝,碱金属和其他杂质含量特别低,缺陷最小;少量碱金属增加了对电离辐射的抵抗力.用于切割音叉32.768KHZ晶体的手表晶体以非常低的蚀刻通道密度生长.声表面波器件的晶体生长成扁平状,具有大的,低蚀刻通道密度的X尺寸籽晶.

用于高度稳定振荡器的特殊高品质晶体以恒定的低速生长,并且沿整个Z轴具有恒定的低红外吸收.晶体可以生长为Y-棒,籽晶为棒形并沿Y轴伸长,或者生长为Z-板,由具有Y轴方向长度和X轴宽度的板籽晶生长而成.籽晶周围的区域含有大量晶体缺陷,不应用于晶片.
晶振各向异性生长;沿Z轴的增长速度是沿X轴的3倍.生长方向和速率也影响杂质的吸收速率.Y-棒晶体或具有长Y轴的Z-板晶体有四个生长区域,通常称为+X,X,Z和生长过程中杂质的分布不均匀;不同的生长区域含有不同水平的污染物.Z区是最纯的,偶尔出现的小的S区不太纯,而+X区却不太纯,而-X区的纯度最高

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