Quarzo monocristallino

Il quarzo utilizzato nella fabbricazione di prodotti di controllo di frequenza è mono cristallino di una forma esagonale asimmetrica. Chimicamente, il quarzo è diossido di silicio, SiO2 che accade naturalmente come il minerale più bundant su terra, costituente circa 14% della superficie della terra.

Il significato di mono quarzo cristallino nell'industria elettronica moderna è il risultato delle sue proprietà combinate di piezzoelettricità, l'alta stabilità meccanica e chimica, Q molto alta a risonanza e metodi bassi moderni di produzione estremamente degli alti livelli della purezza in materiale sintetico.

Il quarzo ora è indispensabile come il materiale principale per frequenza di controllo in attrezzatura elettronica e soltanto è sorpassato per accuratezza a lungo termine dalle norme atomiche primarie quali cesio e rubidio.

Tuttavia lo sviluppo recente dei mems, di micro elettro sistemi meccanici e di nems, sistemi meccanici dell'nano-elettrotipia, è fissato per rivoluzionare il mercato di controllo di frequenza con l'integrazione degli orologi semplici nei substrati di silicio usati per montaggio di IC.

Questi dispositivi miniatura possono sostituire inevitabilmente tutti gli orologi semplici che forniscono l'affidabilità aggiunta ad più a basso costo e dove l'accuratezza cronometrante minima è un requisito.

Sua nella forma chimica di base il diossido di silicio non può essere usato per controllo di frequenza e deve essere di mono struttura cristallina in cui esibisce le qualità piezoelettriche utilizzabili dovuto la sua forma asimmetrica. La piezzoelettricità (Piezein greco “da premere ") in mono quarzo cristallino è stata scoperta dai fratelli di curie al Sorbonne, Parigi 1880.

Tuttavia non era fino al 1917 che questa proprietà è stata utilizzata in un'applicazione pratica quando il professor Langevin in Francia e A.M. Nicolson a Western Electric ha progettato indipendente i ricetrasmettitori del sonar per la rilevazione dei sottomarini in mare.

Nicolson più successivamente ha continuato ad archivare una serie di brevetti per le applicazioni facendo uso sia di quarzo che di Rochelle Salt. Questo materiale posteriore ha risposto forte alle onde sonore ed allo stimolo elettrico ed è stato incorporato da Nicolson nelle progettazioni per le raccolte dei microfoni, degli altoparlanti e della fonografo. Mentre Nicolson aveva proposto l'uso dei materiali elettrici piezo-elettrici per il controllo della frequenza di un oscillatore del tubo a vuoto era il Dott. Walter Cady dell'università Wesleyan che ha archivato i primi brevetti per gli oscillatori controllati di cristallo nel 1923.

Prof. G.W. Pierce dell'università di Harvard ha effettuato ulteriore lavoro sullo sviluppo dell'oscillatore piezoelettrico circa a questo volta. Il risultato principale di Pierce era la progettazione di un oscillatore controllato di cristallo facendo uso di soltanto un tubo a vuoto e di nessun circuiti sintonizzati all'infuori del cristallo stesso.

Durante lo sviluppo e la tecnologia radiofonica dell'oscillatore piezoelettrico dell'inizio degli anni 20 ha progredito costantemente parallelamente. Le domande principali di oscillatori piezoelettrici durante questi inizi servivano come norme di tempo e non era fino a verso il 1926 che gli oscillatori piezoelettrici sono stati utilizzati per controllare la frequenza di una radiotrasmittente. Ciò è stata fatta alla stazione radio WEAF a New York a cui è stato posseduto vicino e T.

I laboratori di telefono di Bell che erano parte di AT&T e con il Marconi Company nel Regno Unito e S.E.L. Germany hanno raggiunto molti sviluppi significativi nella tecnologia di cristallo durante gli anni 30. Nel 1934 Sigg. Lack e Willard a Bell Labs hanno scoperto che al taglio ed A BT tagli i cristalli che hanno dato l'industria delle comunicazioni notevolmente hanno migliorato la frequenza contro i cristalli della prestazione della temperatura.

Le tecniche migliori di produzione e di sigillamento con la scoperta di nuova famiglia dello sforzo hanno compensato i tagli sono fra alcuni degli avanzamenti che sono stati fatti durante l'ultima decade insieme al processo di MESA ed alla miniaturizzazione invertiti più recenti dei cristalli e degli oscillatori.

I materiali piezoelettrici esibiscono una carica elettrica direzionale relativa una volta sottoposti per fare pressione su e l'applicazione di una carica elettrica induce per contro una forza direzionale relativa ad essere generata all'interno del materiale. L'applicazione di un campo elettrico alternante indurrà il materiale a vibrare e successivamente a risuonare meccanicamente. La frequenza di tutta la risonanza meccanica è determinata dalle dimensioni fisiche del materiale, “dell'angolo tagliato” riguardo all'asse cristallino di mono cristallo cristallino originale, della temperatura ambiente e di qualunque effetti di modificazione delle componenti meccaniche o elettriche collegate.

Le proprietà di quarzo cristallizzato comprendono il sua alto prodotto chimico e stabilità meccanica e un coefficiente di bassa temperatura, con conseguente piccolo cambio nella frequenza di risonanza per tutto il cambiamento nella temperatura ambiente, insieme ad una Q molto alta a risonanza. Accade naturalmente e tutto lavoro sperimentale in anticipo è stato effettuato facendo uso di quarzo cristallizzato naturale.

Tuttavia, il quarzo cristallizzato naturale soffre dalle inclusioni delle impurità, delle bolle, delle crepe e di gemellaggio, che riducono il suo valore per uso nel controllo di frequenza mentre queste riducono il fattore di Q. Di conseguenza la produzione di quarzo sintetico è stata stabilita per produrre una forma pura di quarzo cristallino esente dal gemellaggio e dalle impurità.

Il quarzo sintetico è prodotto in un'autoclave da una soluzione saturata di O2 di si ad approssimativamente 400°C e ad una pressione di 1000Kg/cm2 produrre una soluzione saturata eccellente.

Il processo di fabbricazione del quarzo sintetico è conosciuto come il metodo idrotermale in cui ha preparato i piatti del seme adi mono quarzo cristallino orientato pre sono sospesi nella soluzione saturata e riducendo la temperatura della soluzione la crescita di grandi a cristallo è ottenuta nelle condizioni controllate del laboratorio che minimizzano così le impurità e che massimizzano il volume utile di materiale.

I tassi di crescita del materiale sintetico sono per 1mm per giorno o di meno per raggiungere una purezza massima. I risuonatori di quarzo per uso in circuiti elettronici sono prodotti tagliando il quarzo cristallino nei wafer (o negli spazii in bianco), placcanti gli elettrodi su ogni lato del wafer ed accludenti il risuonatore in un supporto adatto. Le dimensioni del wafer del quarzo essenzialmente determinare la frequenza del risuonatore sebbene questo inoltre sia colpito dalla dimensione e dallo spessore degli elettrodi e dei circuiti elettrici collegati.

L'orientamento del wafer “taglio” all'asse ottico cristallino è critico per raggiungere l'accuratezza della frequenza di risonanza e un coefficiente di bassa temperatura necessario di frequenza per l'unità finale del risuonatore. “Il taglio” produrrà le caratteristiche della temperatura di frequenza che sono in secondo luogo o ordine (espressione quadratica) o ordine di terzo (ternario) e quindi le caratteristiche esibiranno singolo o doppio girano i punti.