Cuarzo monocristalino

El cuarzo usado en la fabricación de productos del control de frecuencia es mono cristalino de una forma hexagonal asimétrica. Químicamente, el cuarzo es el dióxido de silicio, SiO2 que ocurre naturalmente como el mineral más bundant en la tierra, constituyendo el aproximadamente 14% de la superficie de tierra.

La significación del mono cuarzo cristalino en la industria de electrónica moderna es el resultado de sus propiedades combinadas de la piezoelectricidad, alta estabilidad mecánica y química, Q muy alto en la resonancia y los bajos métodos costo modernos de producir extremadamente niveles de la pureza en material sintético.

El cuarzo es imprescindible ahora como el material principal para la frecuencia que controla en el equipo electrónico y es superado solamente para la exactitud a largo plazo por estándares atómicos primarios tales como cesio y rubidio.

Sin embargo el reciente desarrollo de mems, de electro sistemas mecánicos micro, y de nems, sistemas mecánicos del nano-electro, se fija para revolucionar el mercado del control de frecuencia con la integración de relojes simples en los substratos de silicio usados para la fabricación de IC.

Estos dispositivos miniatura pueden substituir inevitable todos los relojes simples que proporcionan confiabilidad añadida en más barato y donde la exactitud que mide el tiempo mínima es un requisito.

En su forma química básica el dióxido de silicio no se puede utilizar para el control de frecuencia y debe estar de la mono estructura cristalina en la cual exhibe las calidades piezoeléctricas usables debido a su forma asimétrica. La piezoelectricidad (Piezein griego ‘a presionar ") en mono cuarzo cristalino fue descubierta por los hermanos del curie en el Sorbonne, París 1880.

Sin embargo no era hasta el 1917 que esta propiedad fue utilizada en un uso práctico cuando profesor Langevin en Francia y A.M. Nicolson en Western Electric diseñó independientemente los transmisores-receptores del sonar para la detección de submarinos en el mar.

Nicolson se encendió más adelante archivar varias patentes para los usos usando el cuarzo y Rochelle Salt. Este último material respondió fuertemente a las ondas acústicas y al estímulo eléctrico y fue incorporado por Nicolson en los diseños para las recogidas de los micrófonos, de los altavoces y del fonógrafo. Mientras que Nicolson había propuesto el uso de los materiales eléctricos piezoeléctricos para controlar la frecuencia de un oscilador de tubo de vacío era el Dr. Walter Cady de la universidad metodista que archivó las primeras patentes para los osciladores controlados cristalinos en 1923.

Profesor G.W. Pierce de la Universidad de Harvard realizó trabajo adicional sobre el desarrollo del oscilador cristalino aproximadamente este vez. El logro principal de Pierce era el diseño de un oscilador controlado cristalino usando solamente un tubo de vacío y ningunos circuitos adaptados con excepción del cristal sí mismo.

Durante el desarrollo temprano y la tecnología de radio del oscilador cristalino de los años 20 progresó constantemente de lado a lado. Los usos principales para los osciladores cristalinos durante estos comienzos estaban para el uso como estándares de tiempo y no era hasta hacia 1926 ese osciladores cristalinos fue utilizado para controlar la frecuencia de un radiotransmisor. Esto fue hecha en la estación de radio WEAF en Nueva York EN la cual fue poseído cerca y T.

Los laboratorios de teléfono de Bell que eran parte de AT&T y junto con el Marconi Company en el Reino Unido y S.E.L. Germany alcanzaron muchos progresos significativos en la tecnología cristalina durante los años 30. En 1934 Sr. Lack y Willard en Bell Labs descubrieron que EN el corte y BT corte los cristales que dieron las comunicaciones que la industria mejoró sumamente frecuencia contra cristales del funcionamiento de la temperatura.

Las técnicas mejoradas del lacre y de la producción junto con el descubrimiento de una nueva familia de tensión compensaron cortes están entre algunos de los avances que se han hecho durante la década pasada así como el proceso del mesa y la miniaturización invertidos más recientes de cristales y de osciladores.

Los materiales piezoeléctricos exhiben una carga eléctrica direccional relacionada cuando están sujetados para ejercer presión sobre y el uso de una carga eléctrica hace inversamente una fuerza direccional relacionada ser generado dentro del material. El uso de un campo eléctrico de alternancia hará el material vibrar y resonar posteriormente mecánicamente. La frecuencia de cualquier resonancia mecánica es determinada por las dimensiones físicas del material, del ‘ángulo cortado’ en cuanto al eje cristalino del mono cristal cristalino original, de la temperatura ambiente y de cualesquiera efectos de modificación de componentes mecánicos o eléctricos asociados.

Las propiedades del cuarzo cristalizado incluyen su alta sustancia química y estabilidad mecánica y un coeficiente de la baja temperatura, dando por resultado un pequeño cambio en la frecuencia resonante para cualquier cambio en temperatura ambiente, así como un Q muy alto en la resonancia. Ocurre naturalmente y todo trabajo experimental temprano fue realizado usando el cuarzo cristalizado natural.

Sin embargo, el cuarzo cristalizado natural sufre de inclusiones de las impurezas, de las burbujas, de las grietas y del hermanamiento, que reducen su valor para el uso en control de frecuencia mientras que éstas reducen el factor de Q. Por lo tanto la producción de cuarzo sintético fue establecida para producir una forma pura de cuarzo cristalino libre del hermanamiento y de impurezas.

El cuarzo sintético se produce en una autoclave de una solución saturada del O2 del Si en aproximadamente 400°C y en una presión de 1000Kg/cm2 para producir una solución saturada estupenda.

El proceso de fabricar el cuarzo sintético se conoce como el método hidrotérmico en el cual preparó las placas de la semilla del mono cuarzo cristalino pre-orientado se suspenden en la solución saturada y reduciendo la temperatura de la solución que el crecimiento de cristales grandes se obtiene debajo de laboratorio controló las condiciones que minimizaban así impurezas y que maximizaban el volumen útil de material.

Las tasas de crecimiento del material sintético están en el orden de 1m m por el día o menos para alcanzar una pureza máxima. Los resonadores de cuarzo para el uso en circuitos electrónicos son producidos cortando el cuarzo cristalino en las obleas (o los espacios en blanco), plateando los electrodos sobre cada lado de la oblea e incluyendo el resonador en un tenedor conveniente. Las dimensiones de la oblea del cuarzo esencialmente determinar la frecuencia del resonador aunque esto también sea afectada por el tamaño y el grueso de los electrodos y del conjunto de circuitos eléctrico asociado.

La orientación de la oblea ‘corte’ al eje óptico cristalino es crítica para alcanzar la exactitud de la frecuencia resonante y un coeficiente necesario de la baja temperatura de frecuencia para la unidad final del resonador. El ‘corte’ producirá las características de la temperatura de la frecuencia que son o en segundo lugar orden (ecuación cuadrática) u orden del tercero (ternario) y por lo tanto las características exhibirán simple o doble vuelcan puntos.