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更好,而且進購方便快捷,成本更低,適合用來大規模的量產.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,并轉換成對自身有益的系數呢?日本石英器件工業協會材料委員會發布了日本石英器件工業協會在人造石英的紅外吸收系數α值與材料Q值之間的關系中推薦的以下轉換公式.
10-6/Q3585=-1.010阿爾法3585-2+5.252阿爾法3585+0.189(波數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中的紅外吸收系數定義.然而,作為現實情況,在客戶中存在許多習慣使用材料Q值的示例,并且需要α值和材料Q值之間的準確轉換公式.當前測量技術的問題如下:
1)需要高精度的α值測量方法.
2)無論使用何種測量波數,方程
都必須獲得穩定的Q值.改善很重要.這一次,在東北大學的Soichi Kushibiki教授的指導下,我們大大提高了測量精度,并且能夠檢查上述轉換公式.考慮到客戶的便利性,日本石英設備行業協會推薦這種轉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.已經發現,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(3800或3979)(厘米的透過率-1)
2:該參考波數(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)
三個波數用于測量α值,并且所使用的波數和所使用的轉換公式對于每個公司是不同的.因此,為了即使波數不同也能夠相當地評價人造晶振,我們已經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生具有低Q值的振蕩器,并且還提出了α和Q值的轉換公式.存在很多變化,我們無法獲得統一的轉換公式.為了讓客戶知道Q值,他們每次都必須使用轉換表,并且存在考慮波數差異的問題.因此,對用Q值而不是α值顯示的人造石英的質量有很高的要求.這里,關于上述轉換公式的變化,圖2中示出了波數為3585cm-1的示例.然而,傳統的紅外吸收測量在測量精度方面存在限制,并且轉換線變化很大.此外,具有高Q值的高質量人造石英具有大的變化.近年來,在需要高質量人造石英的情況下,對高質量人造石英的評價變得重要.

各公司α值和Q值轉換公式的變化(當波數為3585cm-1時)

圖3推薦的每個波數的α值和Q值的轉換公式

提高準確性和檢驗轉換公式:
這次,在東北大學的Soichi Kushibiki教授的指導下,我們建立了一種測量方法,將紅外吸收系數的測量精度提高到±0.1％(約為傳統方法的10倍).另外,確認即使使用不同的波數進行測量,也可以使用該轉換公式獲得相同的Q值.波數3585厘米-1和3500厘米-1策劃為α示出轉換式值和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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