QuartzCom石英水晶历史小册子SMX-2C

从天然石英到精密计时

压电效应是居里兄弟在1880年描述的。这是基础知识 需要开启一个时间测量和频率控制的新时代。

直到20世纪60年代，天然石英还被用作原材料石英晶振晶体的生产。但是乔治·斯佩齐亚已经发现了 1900年在意大利都灵大学石英。他的高压灭菌器很小，是气体加热的。他制作了 第一个可用的人造石英石。石英的生长是不可能的由熔化的材料制成。石英的反转点在 573 ℃,其中结构从低温α 石英(压电)到高温β石英(不再 压电)。在从高温到低温的过程中，晶体追溯到阿尔法石英结构。而是来自阿尔法石英 存在两种结晶学 版本，右手左手水晶。 这产生了双胞胎，意味着 水晶的一部分被留下了 另一部分是右撇子。这给出了一个完全不同的行为 最终产品。这样的水晶已经没用了敬水晶行业。

要开始生长一种新晶体，需要一种非常好的材料。种子质量决定了晶体生长的质量。第一代的种子大部分是从自然中产生的 石英晶体。所以在这个过程中使用了少量的天然石头。

今天的高压灭菌器有更大的 尺寸，最大高度 几十米和一个或 直径更大。这 内在条件保持不变 100多块也一样 年，压力2000巴 和370摄氏度的温度 电热提供了正确的 温度和生长 时间从几个星期开始 最长一年，取决于 最终宝石的大小和质量。电力的消耗构成了能源消耗的主要部分 材料价格。

人造石英晶体比天然石头有许多优点。只有一种类型，右手石英晶振，就产生了。在这种情况下，所有晶体切割的方向和方向完全 安全。内含物较少，没有孪晶和aQ值的保证。在天然水晶上 看起来像一个鸡蛋，主轴带有光学 必须找到方法。接下来是 寻找内含物，然后切割 X射线控制切片。通过蚀刻控制孪晶 图片也必须做。那要花很多时间。 产量是不可重复的

这与合成晶体不同。产量并不更多地取决于材料，而仅仅取决于所使用的材料 流程。如今，双旋转切割的高精度晶体要求非常严格的公差。高的 所有切割和研磨过程中的精度是必要的，并提高了对测量的要求 技术也是。两个旋转方向和频率的角度公差范围为0.002度 必须在大规模生产过程中测量ppb范围内的精度。这比在 半导体工业。对于空间应用，材料必须通过一个额外的过程，即 清扫。这个过程是一个高温下的电扩散过程，可以除去不需要的离子 材料。这需要几个星期，是一个非常困难的过程。该过程对于减少 高能辐射对晶体频率的影响。

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没有振荡器的石英晶体的第一次使用是所谓的电致发光晶体。这种类型 用于控制大型LC稳定无线电台的频率。气体中的晶体 环境，在共振的情况下，让电流通过。这允许它开始气体放电气体开始发光。

晶体的真正使用始于20世纪20年代电子石英晶体振荡器的发展。从这个用电场刺激机械振动是可能的。的稳定性 现在可以使用机械振动。第一个谐振器和今天使用的大多数谐振器是体声波谐振器(BAW)。后来还使用了另一种效应，表面声波谐振器(声表面波)。在声表面波上，用特殊波形的表面传播来代替音量震动。SAW主要用于过滤应用。

加速晶体生长的重要时期 发展和生产是第二次世界大战冷战后。水晶被用于通讯系统和雷达。后来全球定位系统被 建成了。所有这一切都需要非常精确的计时。首批之一 大规模生产的晶体是所谓的“通道晶体” 交流。它有标准的尺寸并被生产出来 来自不同的工厂用于相同的用途

石英晶体电子表最早用于 天文目的。开始的时候，一个人坐满了整个房间。随着 集成电路的发展手表的晶体必须适合手表。的生产 微型音叉已经开始。

今天的晶体尺寸是标准化的，尺寸小至2x2mm，高度低于1mmSMD晶振， 这种非常小的晶体不能满足与较大晶体相同的规格。应用程序确定 石英晶体的大小。BAW谐振器覆盖了从低kHz(尤其是时钟 晶体)以及高达几百MHz的频率， 并且超过1GHz是可能的。在……里 现代世界的石英晶体是 在许多应用中使用。开始 从腕表到 手机，电脑，电视， 洗衣机、汽车、飞机和 直到我们使用的卫星 至少有一个晶体 每个应用程序。今天的高点 精密时钟现在使用其他类型 基本振动。这些是 不再有机械振动，但是 是原子上的电子跃迁 基础，就像铷钟。这些 时钟具有更好的长期稳定性。 但是他们没有达到短时间 高的稳定性(相位噪声) 精密石英振荡器。

石英晶体或具有多个电极的晶体的组合被用作频率滤波器 质量因素。这主要用于电信系统中分离频道。

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另一个应用领域是传感器应用。特殊的谐振器设计允许应用为 温度传感器、质量传感器、压力传感器等。所有这些参数都可以很容易地链接到振动器的频率变化。一个非常常见的应用是真空中的薄膜厚度传感器 蒸发系统。利用施加质量的频率变化效应，一个非常简单的薄膜厚度 测量是可能的。取决于晶体振动器的基频，质量 灵敏度可以达到原子层的数量级

石英晶体在当今世界随处可见，但我们并没有注意到它们。仅当以下情况之一 它们坏了，我们的手机、洗衣机、汽车都不能用了。没有石英晶体的所有通信世界将会停止。看看这个小元件，它的机械精度精确到原子层，并了解自己有多少工作，技术和精度是必要的产生这些晶体中的一个。