晶體是由大量微觀物質單位(原子,離子,分子等)按一定規則有序排列的結構,因此可以從結構單位的大小來研究判斷排列規則和晶體形態.晶體可以制造成在從幾千赫茲到幾百兆赫的很寬頻率范圍內振蕩.許多應用要求石英晶體振蕩器頻率方便地與其他所需頻率相關,因此數百個標準晶振頻率由電子分銷商大量生產和儲存.例如,許多非電視應用使用3.579545兆赫晶體,因為它們是為NTSC彩色電視接收機大量制造的.使用分頻器,倍頻器和鎖相環電路,可以從一個參考頻率獲得寬范圍的頻率.
晶體結構和材料
振蕩器晶體最常見的材料是石英.在該技術開始時,使用天然石英晶振,但是現在通過水熱合成生長的合成晶體石英由于更高的純度,更低的成本和更方便的處理而占優勢.天然晶體的少數剩余用途之一是用于深井中的壓力傳感器.在第二次世界大戰期間和之后的一段時間里,天然石英被美國視為一種戰略材料.大晶體是從巴西進口的.原材料"拉斯卡斯",水熱合成的原材料石英,進口到美國或科爾曼石英在當地開采.1994年生長的合成石英的平均值為60美元/千克.
存在兩種類型的石英晶體:左手和右手.兩者的旋光性不同,但其他物理性質相同.如果切割角度正確,左旋和右旋晶體都可以用于振蕩器.在制造過程中,通常使用右手石英.一氧化硅四面體形成平行螺旋;螺旋線的扭轉方向決定了左手或右手的方向.螺旋沿z軸排列并合并,共享原子.螺旋的質量形成了平行于z軸的大小通道的網格.大的足夠大,可以讓較小的離子和分子穿過晶體.

石英有幾個階段.在573℃和1個大氣壓下(以及在更高的溫度和壓力下),α-石英經歷石英反轉,可逆地轉變為β-石英.然而,相反的過程不是完全均勻的,并且出現晶體孿晶.在制造和加工過程中必須小心避免相變.其他相,如高溫相鱗石英和方石英,對振蕩器并不重要.所有石英晶體振蕩器晶體都是α-石英類型.
紅外分光光度法被用作測量生長晶體質量的方法之一.通常使用波數3585,3500和3410cm-1.測量值基于羥基的吸收帶,并計算紅外Q值.電子級晶體,丙級,Q值在180萬以上;特級乙類水晶的品質因數為220萬,特級甲類水晶的品質因數為300萬.僅針對z區域計算Q值;含有其他區域的晶體會受到不利影響.另一個質量指標是蝕刻通道密度;當晶體被蝕刻時,沿著線性缺陷產生管狀通道.對于涉及蝕刻的處理,例如手表無源音叉晶體,低蝕刻通道密度是理想的.掃描石英的蝕刻通道密度約為10-100,未掃描石英的蝕刻通道密度明顯更高.蝕刻通道和蝕刻坑的存在降低了諧振器的品質,并引入非線性.
石英晶體可以為特定目的生長.
用于自動切割的晶體是振蕩器材料大規模生產中最常見的;形狀和尺寸被優化以獲得所需晶片的高產量.生長高純度石英晶體時,鋁,堿金屬和其他雜質含量特別低,缺陷最小;少量堿金屬增加了對電離輻射的抵抗力.用于切割音叉32.768KHZ晶體的手表晶體以非常低的蝕刻通道密度生長.聲表面波器件的晶體生長成扁平狀,具有大的,低蝕刻通道密度的X尺寸籽晶.

用于高度穩定振蕩器的特殊高品質晶體以恒定的低速生長,并且沿整個Z軸具有恒定的低紅外吸收.晶體可以生長為Y-棒,籽晶為棒形并沿Y軸伸長,或者生長為Z-板,由具有Y軸方向長度和X軸寬度的板籽晶生長而成.籽晶周圍的區域含有大量晶體缺陷,不應用于晶片.
晶振各向異性生長;沿Z軸的增長速度是沿X軸的3倍.生長方向和速率也影響雜質的吸收速率.Y-棒晶體或具有長Y軸的Z-板晶體有四個生長區域,通常稱為+X,X,Z和生長過程中雜質的分布不均勻;不同的生長區域含有不同水平的污染物.Z區是最純的,偶爾出現的小的S區不太純,而+X區卻不太純,而-X區的純度最高

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