Oscilent Crystal的辐射效应

来源：金洛鑫浏览：- 发布日期：2018-10-31 11:30:24【大中小】

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现代社会几乎人人谈“辐”色变，因为辐射是一种高危致癌极其容易导致人体畸形的东西，而且无形无色无味，让人察觉不到，但侵入人体和大脑后，会造成可怕的后果。然而Oscilent Crystal公司在生产石英晶振时，会用到一种电离辐射，这种辐射适当使用少量不会对人造成任何影响，而且是一种非常先进的晶振生产技术。Oscilent是比较知名的美国晶振品牌，其自身掌握了行业里高端的生产流程和制造工艺，接下来我们就看看Oscilent晶振公司是如何利用电离辐射量产石英水晶组件的。

电离辐射改变石英晶体振荡器的频率主要是因为晶体单元中辐射产生的变化[33,34]。在某些条件下，辐射也会使晶体单元的等效串联电阻增加。当振荡器没有辐射硬化时，电阻增加可以足够大以停止振荡。

图31显示了石英振荡子对电离辐射脉冲的理想频率响应。答复由两部分组成。最初，存在瞬态频率变化，这主要是由于能量突然沉积到晶体单元中引起的热瞬态效应。这种效应是前面讨论的动态f与T效应的表现。在由高纯度石英制成的SC切割谐振器中不存在瞬态效应。

图31.晶振对电离辐射脉冲的响应：f0=原始预辐射频率，Dfss=稳态频率偏移（曝光后0.2小时至24小时），ft=时间t的瞬时频率。

在响应的第二部分中，在达到稳定状态之后，存在永久频率偏移，其是辐射剂量和晶体单元的性质的函数。频率变化与剂量的关系是非线性的，低剂量时每径的变化比大剂量时大得多。在高于1千伏（SiO2）的剂量下，频率随剂量变化的速率取决于石英杂质缺陷。例如，在1兆拉德剂量下，当石英晶体单元由天然石英制成时，频率变化可以高达10ppm;当晶体由培养的石英制成时，它通常为1至几ppm，当晶体由扫过的培养石英制成时，它可以小至0.02ppm。

石英中主要关注的杂质缺陷是具有相关的间隙电荷补偿剂的取代Al3+缺陷，其可以是H+，Li+或Na+离子，或空穴。该缺陷代替Si4+在石英晶格中。辐射可导致弱边界补偿器的位置变化，这改变了石英的弹性常数，从而导致频率变化。离子的移动还导致晶体Q的减少，即石英晶体谐振器等效串联电阻的增加，特别是在暴露于电离辐射脉冲时。如果振荡器的增益裕度不足，增加的电阻可以在持续数秒的时间内停止振荡。电离辐射的高电平脉冲将在电路中产生光电流，这导致瞬间停止振荡，与谐振器中使用的石英类型无关。在振荡器中使用正确设计的振荡器电路和由扫频石英制成的谐振器，扫描是一种高温，电场驱动的固态净化过程，其中弱结合的碱补偿剂从晶格中扩散出来，并被更紧密结合的H +离子和空穴所取代[37,38]。在典型的扫描过程中，将导电电极施加到石英棒的Z表面上，将棒加热到约500℃，并施加电压以便沿Z产生约1千伏/厘米的电场。方向。在通过棒的电流衰减（由于杂质的扩散）到某个恒定值之后，棒缓慢冷却，除去电压，然后除去电极。由扫描石英制成的音叉晶体单元既不表现出辐射诱导的降解，也不表现出大的辐射引起的频移。

在低剂量（例如，几个rad）下，每rad的频率变化可高达每辐射10-9[39]。低剂量效应尚不清楚。它不依赖于杂质，并且在约300拉德处饱和。在非常高的剂量下（即，>>1Mrad），杂质依赖性频移也饱和，因为由于晶体中缺陷的数量是有限的，因此与缺陷相互作用的辐射的影响也是有限的。

当快中子冲入晶格并与原子碰撞时，它像台球一样散落。单个这样的中子可以产生许多空位，间隙和破碎的原子间键。这种“位移损伤”对有源晶振频率的影响主要取决于中子注量。振荡频率与中子注量以速率几乎线性增加：8×10点-21每平方厘米的中子（N/厘米2），以10的注量范围11到10/12N/厘米2，5×10-21/n/cm2在10/12至10/13n/cm 2，和0.7×10-21/N/厘米2/10/17到10/18牛顿/厘米2。

如果你仔细研究过石英晶体与石英晶体振荡器的发展史，你会发现，这也是人类社会进步的发展使，因为每一代科技的创新与突破，都与石英晶振，贴片晶振等频率元件息息相关。从第一代的通讯设备，广播音频，影像，机器等，就已经使了早期的晶振，一百多年来，Oscilent晶振也一直跟随愈发先进的产品而改变，到现在基本都能满足所有用户的要求。

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