石英晶振历史及命名法的由来

自从人类第一次拿着一块石英之后,就已经意识到石英的物理常数之一就是密度.从那时起,大多数石英的物理常数都已经过研究和测量.由于实验的细节经常被忽略,即温度,石英来源,测量标准等,因此许多测量值今天没什么价值.由于过度孪晶,夹杂物和压裂,从大多数位置获得的石英对电子应用无用.所有使用的石英都是天然石英,主要来自巴西.从那时起,培养石英的艺术已经发展到今天,培养石英晶振几乎专门用于电子应用.

任何在石英晶体器件上进行计算的人都需要在他的方程式中使用的物理常数的数值.然而,与任何物理常数一样,没有绝对值可以分配给石英常数-基于在受控实验室条件下对各种记录样品进行的大量观察而得到的"最佳"值.

经过时间和精力,石英工程师为常用的石英常数积累了他自己的"最佳"值列表.然而,当一个新的计算涉及一个模糊的常数时,需要进行文献检索才能找到这个模糊的值.

命名法

本文所用的"石英"一词是指在低于573℃的温度下的电子级结晶SiO2,无论是天然的还是人造的(培养的).历史上,术语"水晶","低石英","α石英"或"晶振石英"已被用于"石英".

某些工业中的现代用法使用术语"石英"来指熔融石英的石英,其已被加热至高于其熔点(1710℃).熔融石英是非压电和非晶体的;因此,对石英工程师没用.索斯曼说:"使用单一词"石英"来指玻璃质二氧化硅不能过于强烈谴责.它是由粗心或无知引起的,并且已经引起了麻烦的混乱."Sosman建议使用"石英玻璃"或"熔融石英"作为这种材料.

一些石英工程师将培养(人造)石英称为"合成"石英.合成给出了"不真实"的内涵,因此在这种情况下应该避免,因为培养的石英是"真正的"石英贴片晶振.

这里给出的常数可能仅适用于最精细等级的培养石英,其中最接近模仿天然石英.与其他相同的天然石英装置相比,由较低质量的培养石英制造的装置具有与天然石英足够不同的物理常数以产生相当大的误差.

实际设备

由于任何理论中使用的假设,并且还由于计算出的装置具有与测量的单位不同的几何形状(直径,轮廓,电极尺寸)以产生给定的物理常数,并且由于制造公差(特别是角度)的可能性方向)对于双旋转切割,理论上通常不可能预测石英器件的行为优于约±1/2°的等效角度取向.

一些研究人员使用微波测量技术来确定1英寸精心定向石英晶振样品立方体的大块石英的弹性刚度及其温度系数.其他研究人员呼吁在更长的温度范围内进行更精确的测量.但是这样的一组常数无法预测真实世界谐振器的行为,其精度优于大约30弧分!

为了更好地改进理论,有必要(并且将始终是必要的)制造实际的,真实世界的设备的矩阵,所有相同的物理设计,除了良好控制的方向的轻微变化.

同样,Adams等使用精确定向的,相同制备的石英晶体谐振器矩阵确定了石英弹性刚度的温度系数,与Bechmann等人相反.使用各种各样的中等取向精度的晶体设计确定相同的系数.然而,这两组常数都不能预测实际制造的SC切割的温度特性,优于等效角度方向的1/2°但两者都可以用来预测SC切割的温度曲线的存在和形状,并且足够准确,以便能够以足够的精度选择实验切割,以便只用一个"闭合环"或两次迭代实际设备!还有什么可以问的?

总是需要类似的实验测试来最终定义所需的石英器件取向.(除非理论可以扩展到包括边界条件的现在无法解决的影响:有限直径,轮廓表面,薄膜应力,安装应力等)