目前用來制造石英晶體的石英和水晶,幾乎都是采用人工培植的,就是所謂的人造石英晶體,它比天然的石英水晶的壓電效應(yīng)更好,而且進購方便快捷,成本更低,適合用來大規(guī)模的量產(chǎn).晶體具體吸收紅外線的功能,我們都知道紅外線是一種不能長期被照射的微波與光之間的磁波,人體的肉眼是無法看見的.那么晶體諧振器是如何將紅外線吸引,并轉(zhuǎn)換成對自身有益的系數(shù)呢?日本石英器件工業(yè)協(xié)會材料委員會發(fā)布了日本石英器件工業(yè)協(xié)會在人造石英的紅外吸收系數(shù)α值與材料Q值之間的關(guān)系中推薦的以下轉(zhuǎn)換公式.
10-6/Q3585=-1.010阿爾法3585-2+5.252阿爾法3585+0.189(波數(shù)3585厘米-1中使用的情況下)
10-6/Q3500=-11.01阿爾法3500-2+9.448阿爾法3500+0.026(波數(shù)3500厘米-1至(如果使用)
人造石英晶振材料的等級由JIS標準JISC6704和IEC標準IEC60758Ed.4中的紅外吸收系數(shù)定義.然而,作為現(xiàn)實情況,在客戶中存在許多習(xí)慣使用材料Q值的示例,并且需要α值和材料Q值之間的準確轉(zhuǎn)換公式.當前測量技術(shù)的問題如下:
1)需要高精度的α值測量方法.
2)無論使用何種測量波數(shù),方程
都必須獲得穩(wěn)定的Q值.改善很重要.這一次,在東北大學(xué)的Soichi Kushibiki教授的指導(dǎo)下,我們大大提高了測量精度,并且能夠檢查上述轉(zhuǎn)換公式.考慮到客戶的便利性,日本石英設(shè)備行業(yè)協(xié)會推薦這種轉(zhuǎn)換公式作為標準配方,請使用它.當用紅外光照射人造石英水晶振子時,在特定波長處觀察到紅外吸收.圖1顯示了紅外吸收波形.已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這種吸收主要是由于人造石英中含有的OH基團.從該吸收波形量化的紅外吸收稱為吸收系數(shù)α值,并且如等式(1)中所定義.

圖1人造石英的紅外吸收光譜

公式(1)

1:參考波數(shù)(3800或3979)(厘米的透過率-1)
2:該參考波數(shù)(3500,3585或3410)的透射率(厘米-1),其中3585使用峰值
噸:測量樣品厚度(cm)
三個波數(shù)用于測量α值,并且所使用的波數(shù)和所使用的轉(zhuǎn)換公式對于每個公司是不同的.因此,為了即使波數(shù)不同也能夠相當?shù)卦u價人造晶振,我們已經(jīng)編制了人造石英等級的參考值和每個波長的α值,如表1所示,并補償了測量波長的差異.

(JIS標準:JISC6704,IEC標準:來自IEC60758Ed.4)

在表1中,人造石英的Q值也表示為參考值,該Q值稱為材料Q,是通過將在人造石英中傳播的彈性波的傳播波除以損耗得到的.它變成了.已經(jīng)說過,如果損耗為零,則Q值將是無限的,并且具有較高Q值的人造石英將具有較低損耗的貼片振蕩器.,用具有大α值的人造晶體制造振蕩器可以產(chǎn)生具有低Q值的振蕩器,并且還提出了α和Q值的轉(zhuǎn)換公式.存在很多變化,我們無法獲得統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換公式.為了讓客戶知道Q值,他們每次都必須使用轉(zhuǎn)換表,并且存在考慮波數(shù)差異的問題.因此,對用Q值而不是α值顯示的人造石英的質(zhì)量有很高的要求.這里,關(guān)于上述轉(zhuǎn)換公式的變化,圖2中示出了波數(shù)為3585cm-1的示例.然而,傳統(tǒng)的紅外吸收測量在測量精度方面存在限制,并且轉(zhuǎn)換線變化很大.此外,具有高Q值的高質(zhì)量人造石英具有大的變化.近年來,在需要高質(zhì)量人造石英的情況下,對高質(zhì)量人造石英的評價變得重要.

各公司α值和Q值轉(zhuǎn)換公式的變化(當波數(shù)為3585cm-1時)

圖3推薦的每個波數(shù)的α值和Q值的轉(zhuǎn)換公式

提高準確性和檢驗轉(zhuǎn)換公式:
這次,在東北大學(xué)的Soichi Kushibiki教授的指導(dǎo)下,我們建立了一種測量方法,將紅外吸收系數(shù)的測量精度提高到±0.1％(約為傳統(tǒng)方法的10倍).另外,確認即使使用不同的波數(shù)進行測量,也可以使用該轉(zhuǎn)換公式獲得相同的Q值.波數(shù)3585厘米-1和3500厘米-1策劃為α示出轉(zhuǎn)換式值和Q值是圖.
10-6/Q3585=-1.010阿爾法3585-2+5.252阿爾法3585+0.189
10-6/Q3500=-11.01阿爾法3500-2+9.448阿爾法3500+0.026

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