Monokristalliner Quarz

Der Quarz, der in der Fertigung von Frequenzsteuerprodukten benutzt wird, ist- einer asymetrischen sechseckigen Form monokristallenes. Chemisch ist Quarz Siliciumdioxid, SiO2, das natürlich als das bundant Mineral auf der Erde auftritt und setzt ungefähr 14% der Erdoberfläche fest.

Die Bedeutung des kristallenen monoquarzes in der modernen Elektronikindustrie ist das Ergebnis seiner kombinierten Eigenschaften von Piezoelectricity, hohe mechanische und chemische Stabilität, sehr hohes Q an der Resonanz und moderne niedrige Kosten Methoden von hohe Stufen der Reinheit im Kunststoff extrem produzieren.

Quarz ist jetzt als das Hauptmaterial für Kontrollefrequenz in der elektronischen Ausrüstung unentbehrlich und wird nur für langfristige Genauigkeit durch Primäratomstandards wie Cäsium und Rubidium übertroffen.

Dennoch wird die Neuentwicklung von mems, von elektrischen mechanischen Mikrosystemen und von nems, mechanische Systeme des Nano-galvanos, eingestellt, um den Frequenzsteuermarkt mit der Integration von einfachen Uhren in die Silikonsubstrate zu revolutionieren, die für IC-Herstellung benutzt werden.

Diese Miniaturgeräte ersetzen möglicherweise unvermeidlich alle einfachen Uhren, die addierte Zuverlässigkeit an preiswerterem bereitstellen und wo minimale Regelungsgenauigkeit eine Anforderung ist.

Seiner grundlegenden in der chemischen Form kann Siliciumdioxid nicht für Frequenzsteuerung benutzt werden und muss von der kristallenen monostruktur sein, in der sie die verwendbaren piezoelektrischen Qualitäten wegen seiner asymetrischen Form aufweist. Piezoelectricity (griechisches Piezein ‚zu drücken ") im kristallenen monoquarz wurde von den Curiebrüdern beim Sorbonne, Paris 1880 entdeckt.

Jedoch war es nicht, bis 1917 dass dieses Eigentum in einer praktischen Anwendung verwendet wurde, als Professor Langevin in Frankreich und A.M. Nicolson bei Western Electric unabhängig Sonartransceivers für die Entdeckung von Unterseebooten in Meer entwarf.

Nicolson fuhr später fort, einige Patente für Anwendungen unter Verwendung des Quarzes und Rochelle Salts anzumelden. Dieses letzte Material reagierte stark auf Schallwellen und elektrische Anregung und wurde von Nicolson in Entwürfe für Mikrofon-, Lautsprecher- und Plattenspieleraufnahmen inkorporiert. Während Nicolson den Gebrauch von piezo elektrischen Materialien für die Kontrolle der Frequenz eines Vakuumröhreoszillators vorgeschlagen hatte, war es Dr. Walter Cady der Wesleyan Universität, die die ersten Patente für Quarzoszillatoren im Jahre 1923 anmeldete.

Prof G.W. Pierce von Universität Harvard führte weitere Arbeit über Quarzoszillatorentwicklung zu ungefähr diesem mal aus. Pierces Hauptleistung war der Entwurf eines Quarzoszillators unter Verwendung nur einer Vakuumröhre und keiner abgestimmten Stromkreise anders als den Kristall selbst.

Während der frühen zwanziger Jahre Quarzoszillatorentwicklung und Radio-technologie kam ständig nebeneinander weiter. Die bedeutenden Anwendungen für Quarzoszillatoren während dieses Anfangs waren für Gebrauch als Zeitvorgaben und es war nicht bis gegen 1926 dieses Quarzoszillatoren wurde verwendet, um die Frequenz eines Radioübermittlers zu steuern. Dieses wurde am Radiosender WEAF in New York getan, dem vorbei IN und T. besessen wurde.

Bell-Telefon-Labors, die Teil von AT&T und zusammen mit Marconi Company in Großbritannien und S.E.L. Germany waren, erzielten viele bedeutenden Entwicklungen in der Kristalltechnologie während der dreißiger Jahre. Im Jahre 1934 Herren Lack und Willard bei Bell Labs entdeckten, dass am Schnitt und AN BT-geschliffenen Kristallen, die gaben, die Kommunikationsindustrie in beträchtlichem Ausmaß Frequenz gegen Temperaturleistungskristalle verbesserte.

Verbesserte Dichtungs- und Produktionstechniken zusammen mit der Entdeckung einer neuen Familie des Druckes kompensierten Schnitte gehören zu einigen der Fortschritte, die während des letzten Jahrzehnts zusammen mit dem neueren umgekehrten MESA-Prozess und der Miniaturisierung von Kristallen und von Oszillatoren gemacht worden sind.

Piezoelektrische Materialien weisen eine Richtungs- in Verbindung stehende elektrische Ladung auf, wenn sie unterworfen werden, um zu drücken und andererseits veranlaßt die Anwendung einer elektrischen Ladung eine Richtungs- in Verbindung stehende Kraft, innerhalb des Materials erzeugt zu werden. Die Anwendung eines wechselnden elektrischen Feldes veranlaßt das Material zu vibrieren und nachher mechanisch mitzuschwingen. Die Frequenz jeder mechanischen Resonanz wird durch die Abmessungen des Materials, des ‚geschnittenen Winkels‘ in Bezug auf die kristallene Achse des ursprünglichen kristallenen monokristalles, der umgebenden Temperatur und irgendwelcher Abänderungseffekte der verbundenen mechanischen oder elektrischen Komponenten bestimmt.

Die Eigenschaften des kristallisierten Quarzes umfassen seine hohe Chemikalie und mechanische Stabilität und ein Koeffizient der niedrigen Temperatur, mit dem Ergebnis einer kleinen Veränderung in der Eigenfrequenz für jede mögliche Änderung in der umgebenden Temperatur, zusammen mit einem sehr hohen Q an der Resonanz. Sie tritt natürlich auf und alles frühe experimentelle Arbeit wurde unter Verwendung des natürlichen kristallisierten Quarzes durchgeführt.

Jedoch leidet natürlich vorkommender kristallisierter Quarz unter Einbeziehungen von Verunreinigungen, von Blasen, von Sprüngen und von Paaren, die seinen Wert für Gebrauch in der Frequenzsteuerung verringern, während diese den q-Faktor verringern. Deshalb wurde die Produktion des synthetischen Quarzes hergestellt, um eine reine Form des kristallenen Quarzes zu produzieren frei vom Paaren und von den Verunreinigungen.

Synthetischer Quarz wird in einem Autoklav aus einer gesättigten Lösung von Si-O2 an ungefähr 400°C und mit einem Druck von 1000Kg/cm2, eine gesättigte Superlösung zu produzieren produziert.

Das Herstellungsverfahren synthetischen Quarz bekannt als die hydrothermale Methode, in der Samenplatten des vor-orientierten kristallenen monoquarzes werden verschoben in der gesättigten Lösung vorbereitete und indem man die Temperatur der Lösung verringert, das Wachstum von großen Kristallen unter den Laborregelgrößen erreicht wird, die folglich Verunreinigungen herabsetzen und das nützliche Volumen des Materials maximieren.

Wachstumsraten des Kunststoffs sind im Auftrag von 1mm pro Tag oder von kleiner, zum einer maximalen Reinheit zu erzielen. Schwingquarze für Gebrauch in den elektronischen Schaltungen werden produziert, indem man kristallenen Quarz in die Oblaten (oder in die freien Räume) schneidet, Elektroden auf jede Seite der Oblate überzieht und den Resonator in einen passenden Halter einschließt. Die Maße der Quarzoblate im Wesentlichen die Resonatorfrequenz bestimmen, obgleich dieses auch durch die Größe und die Stärke der Elektroden und des verbundenen elektrischen Schaltkreises beeinflußt wird.

Die Orientierung der Oblate ‚Schnitt‘ zur kristallenen optischen Achse ist kritisch, um Genauigkeit der Eigenfrequenz und des notwendigen Koeffizienten der niedrigen Temperatur Frequenz für die abschließende Resonatoreinheit zu erzielen. Der ‚Schnitt‘ produziert Frequenztemperatureigenschaften, die entweder an zweiter Stelle Auftrag (quadratische Gleichung) sind, oder der Drittelauftrag (dreifach) und deshalb stellen die Eigenschaften einfaches oder doppeltes umdrehen Punkte aus.