Mono-kristal Kuvars

Frekans kontrol ürünlerinin imalatında kullanılan kuvars, asimetrik altıgen formda mono kristaldir.Kimyasal olarak, Kuvars Silikon Dioksittir, SiO2 doğal olarak yeryüzünde en zengin mineral olarak bulunur ve dünya yüzeyinin yaklaşık %14'ünü oluşturur.

Modern elektronik endüstrisinde mono kristal kuvarsın önemi, piezoelektriklik, yüksek mekanik ve kimyasal kararlılık, rezonansta çok yüksek Q ve sentetik malzemede son derece yüksek seviyelerde saflık üretmeye yönelik modern düşük maliyetli yöntemlerin birleşik özelliklerinin sonucudur.

Kuvars, elektronik ekipmanlarda frekansı kontrol etmek için ana malzeme olarak artık vazgeçilmezdir ve Sezyum ve Rubidyum gibi birincil atomik standartlar tarafından yalnızca uzun vadeli doğruluk için aşılmıştır.

Bununla birlikte, mems, mikro elektro mekanik sistemler ve nems, nano-elektro mekanik sistemlerdeki son gelişmeler, IC üretimi için kullanılan silikon substratlara basit saatlerin entegrasyonu ile frekans kontrol pazarında devrim yaratacak şekilde ayarlanmıştır.

Bu minyatür cihazlar, daha düşük maliyetle ve minimum zamanlama doğruluğunun bir gereklilik olduğu durumlarda, ek güvenilirlik sağlayan tüm basit saatlerin yerini kaçınılmaz olarak alabilir.

Temel kimyasal formunda silikon dioksit frekans kontrolü için kullanılamaz ve asimetrik formu nedeniyle kullanılabilir piezoelektrik nitelikler sergilediği mono kristal yapıda olmalıdır.Mono kristal kuvars içindeki piezoelektrik (Yunanca Piezein 'basmak'), 1880'de Paris'te Sorbonne'da Curie kardeşler tarafından keşfedildi.

Ancak 1917 yılına kadar bu özellik, Fransa'da profesör Langevin ve Western Electric'ten AM Nicolson'ın denizde denizaltıların tespiti için bağımsız olarak sonar alıcı-vericileri tasarlamasıyla pratik bir uygulamada kullanılmadı.

Nicolson daha sonra hem kuvars hem de Rochelle Tuzu kullanan uygulamalar için bir dizi patent başvurusunda bulundu.Bu ikinci malzeme, ses dalgalarına ve elektriksel uyaranlara güçlü bir şekilde yanıt verdi ve Nicolson tarafından Mikrofonlar, Hoparlörler ve Fonograf alıcıları için tasarımlara dahil edildi.Nicolson, bir vakum tüplü osilatör frekansını kontrol etmek için Piezo elektrik malzemelerinin kullanımını önermiş olsa da, 1923'te kristal kontrollü osilatörler için ilk patentleri veren Wesleyan Üniversitesi'nden Dr. Walter Cady idi.

Harvard Üniversitesi'nden Prof. GW Pierce, bu sıralarda kristal osilatör geliştirme üzerine daha fazla çalışma yaptı.Pierce'in ana başarısı, yalnızca bir vakum tüpü kullanan ve kristalin kendisinden başka ayarlanmış devreler olmayan kristal kontrollü bir osilatörün tasarımıydı.

1920'lerin başlarında kristal osilatör geliştirme ve radyo teknolojisi istikrarlı bir şekilde yan yana ilerledi.Bu ilk günlerde kristal osilatörlerin ana uygulamaları zaman standartları olarak kullanılmaktı ve 1926'ya kadar bir radyo vericisinin frekansını kontrol etmek için kristal osilatörlerin kullanılması değildi.Bu, AT ve T'ye ait olan New York'taki WEAF radyo istasyonunda yapıldı.

AT&T'nin bir parçası olan ve İngiltere'deki The Marconi Company ve SEL Almanya ile birlikte olan Bell Telefon Laboratuvarları, 1930'larda kristal teknolojisinde birçok önemli gelişmeye imza attı.1934'te, Bell Laboratuarlarından Messrs.

Yeni bir Gerilim Dengelemeli kesim ailesinin keşfi ile birlikte iyileştirilmiş sızdırmazlık ve üretim teknikleri, son on yılda, daha yeni ters çevrilmiş mesa işlemi ve kristallerin ve osilatörlerin minyatürleştirilmesi ile birlikte yapılan ilerlemelerden bazıları arasındadır.

Piezoelektrik malzemeler, basınca maruz kaldıklarında yönsel olarak ilişkili bir elektrik yükü sergilerler ve tersine bir elektrik yükünün uygulanması, malzeme içinde yön ile ilişkili bir kuvvetin üretilmesine neden olur.Alternatif bir elektrik alanının uygulanması, malzemenin titreşmesine ve ardından mekanik olarak rezonansa girmesine neden olacaktır.Herhangi bir mekanik rezonansın frekansı, malzemenin fiziksel boyutları, orijinal mono kristal kristalin kristal eksenine göre 'kesim açısı', ortam sıcaklığı ve ilgili mekanik veya elektrik bileşenlerinin herhangi bir değiştirici etkisi ile belirlenir.

Kristalize kuvarsın özellikleri, yüksek kimyasal ve mekanik stabilitesini ve düşük sıcaklık katsayısını içerir, bu da ortam sıcaklığındaki herhangi bir değişiklik için rezonans frekansında küçük bir değişiklik ve rezonansta çok yüksek bir Q ile sonuçlanır.Doğal olarak oluşur ve tüm erken deneysel çalışmalar doğal kristalize kuvars kullanılarak yapılmıştır.

Bununla birlikte, doğal olarak oluşan kristalize kuvars, Q faktörünü azalttığı için frekans kontrolünde kullanım değerini azaltan safsızlıklar, kabarcıklar, çatlaklar ve ikizlenme kapanımlarından muzdariptir.Bu nedenle, ikizlenme ve safsızlıklardan arındırılmış saf bir kristal kuvars formu üretmek için sentetik kuvars üretimi kurulmuştur.

Sentetik kuvars, aşırı doymuş bir çözelti üretmek için yaklaşık 400°C'de ve 1000Kg/cm2 basınçta doymuş bir SiO2 çözeltisinden bir otoklavda üretilir.

Sentetik kuvars üretim süreci, önceden yönlendirilmiş mono kristal kuvarstan hazırlanmış tohum plakalarının doymuş çözelti içinde süspanse edildiği ve çözeltinin sıcaklığının düşürülmesiyle laboratuvar kontrollü koşullar altında büyük kristallerin büyümesinin elde edildiği hidrotermal yöntem olarak bilinir. safsızlıkları en aza indirgemek ve yararlı malzeme hacmini en üst düzeye çıkarmak.

Sentetik malzemenin büyüme oranları, maksimum saflığa ulaşmak için günde 1 mm veya daha azdır.Elektronik devrelerde kullanım için kuvars rezonatörleri, kristal kuvarsın levhalara (veya boşluklara) kesilmesi, levhanın her iki tarafına elektrotların kaplanması ve rezonatörün uygun bir tutucuya kapatılmasıyla üretilir.Kuvars levhanın boyutları esasen rezonatör frekansını belirler, ancak bu aynı zamanda elektrotların boyutu ve kalınlığından ve ilgili elektrik devresinden de etkilenir.

Rezonans frekansının doğruluğunu ve son rezonatör ünitesi için gerekli bir düşük sıcaklık frekans katsayısını elde etmek için kristal optik eksene "kesim" levhasının oryantasyonu kritiktir.'Kesme', ikinci dereceden (kuadratik) veya üçüncü dereceden (üçlü) olan frekans/sıcaklık karakteristikleri üretecek ve bu nedenle, özellikler tek veya çift dönüş noktaları sergileyecektir.