دانش پایه کریستال کوارتز پیزوالکتریک

دانش پایه کریستال کوارتز پیزوالکتریک
 

1. خصوصیات شیمیایی و فیزیکی

(1) ترکیب کریستال SiO2، در دماهای مختلف تحت فشار اتمسفر، ساختار کریستال کوارتز متفاوت است، دمای T < 573 ℃ کریستال کوارتز α، زمانی که 573 ℃ < T < 870 ℃ کریستال کوارتز β، نقطه ذوب 1750 ℃ ​​است. معمولاً می گوییم کریستال کوارتز پیزوالکتریک به کریستال کوارتز α اشاره دارد.

(2) با مشخصات پیزوالکتریک:
اثر پیزوالکتریک:
برخی از رسانه ها در اثر اعمال مکانیکی خارجی (مانند فشرده سازی، کشش و غیره) و در قطبش داخلی آن، پدیده بار سطحی را اثر پیزوالکتریک می نامند.
اثر پیزوالکتریک معکوس:
برخی از رسانه های قرار داده شده در میدان الکتریکی خارجی، در اثر عمل میدان الکتریکی، باعث جابجایی مرکز بار مثبت و منفی در داخل محیط می شود و در نتیجه محیط، تغییر شکل می یابد، این اثر را اثر پیزوالکتریک معکوس می نامند. .
هنگامی که نیروی در امتداد محور X (یا Y) روی کریستال کوارتز وارد می شود، اثر پیزوالکتریک در جهت X رخ می دهد، در حالی که جهت های Y و Z اینطور نیستند.محور X را محور الکتریکی و محور Y را محور مکانیکی می نامند.

(3) با ناهمسانگردی: کریستال کوارتز نوعی عایق خوب است، نزدیک به دمای اتاق، هدایت حرارتی در امتداد محور Z عمود بر جهت محور Z 2 برابر سمت چپ و راست است، در امتداد جهت محور Z a3 تقریباً انبساط خطی است. ضریب ضریب انبساط خطی در امتداد جهت عمود بر محور Z a1 1/2، ضریب دی الکتریک اپسیلون، ضریب پیزوالکتریک d و غیره. مقادیر آن با جهت، در دماهای مختلف، مقادیر هدایت حرارتی K و انبساط متفاوت است. ضریب A نیز متفاوت است.

(4) پیزو کوارتز شکل بسیار متقارن تک کریستال است، با آرایش اتم ها و مولکول ها دارای قوانین به خوبی توسعه یافته کریستال کوارتز مشخص می شود، ظاهر مهمترین ویژگی پیکربندی قانون است، کریستال کریستال کوارتز کریستال چهره در مجموع 30 است. ، 6 متر (استوانه ای)، شش سطح R (لبه های سطح بزرگ) شش سطح R (سطح) یال شش s سطح (مخروط جزئی سه طرفه)، شش صفحه X (صفحات جزئی سه جانبه)، گیره زاویه صفحه M مجاور است. 60 درجه، زاویه بین صفحه M مجاور و صفحه R و صفحه M و صفحه R مجاور 38 درجه و 13 دقیقه و زاویه بین صفحه S مجاور و صفحه X 25 درجه و 57 دقیقه است.
کریستال کوارتز دارای یک محور مکعبی با تقارن C و سه محور A، B و D است که 120 درجه یکدیگر هستند.هنگام بحث در مورد خواص فیزیکی کریستال کوارتز، استفاده از سیستم مختصات مستطیلی همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است راحت تر است.محور C محور z، محور A (یا B، D) محور X و محور Y عمود بر محور X و محور Z است.جهت گیری طبق استاندارد IRE 1949 تعیین می شود و سیستم مختصات دکارتی راست دست برای کریستال های چرخشی راست دست و راست دست اتخاذ شده است.
همانطور که در شکل نشان داده شده است: A، B، C و D سیستم های مختصات کریستالی هستند
X، Y و Z مختصات مستطیلی هستند

(5) با دوشکستگی:
اما هنگامی که نور در امتداد جهت محور z انکسار مضاعف رخ نمی دهد، بنابراین به آن محور z به عنوان محور نوری نیز می گویند.

چگالی کریستال کوارتز ρ=2.65g/cm2، سختی آن است سختی Mohs 7، نامحلول در سه اسید (HCL,H2SO4,HNO3) در دما و فشار اتاق، متعلق به حلالیت بسیار کمی از مواد است، اما اسید هیدروفلوئوریک و هیدروژن آمونیوم. فلوراید محلول خوبی برای کریستال کوارتز، معادله واکنش شیمیایی آن است
SiO2 hf + 4 = SiF4 + 2 h2o (3 + 3 h2o SiF4 = H2SiO3 h2sif6 + 2)
SiO2+4HF+2NH4F= (NH4) 2SiF6+2H2O
از خواص آن برای خوردگی تراشه کوارتز استفاده می شود.


2. نوع برش ویفر کوارتز

برش ویفر کوارتز در جهت معینی از محور مختصات کریستالی را الگوی برش ویفر کوارتز می گویند.به دلیل ناهمسانگردی کریستال کوارتز، خواص الکتریکی و حرارتی برش های کوارتز به دلیل خواص کشسانی، خواص پیزوالکتریک و خواص دمایی متفاوت است.

دو راه برای بیان نماد برش کریستال کوارتز وجود دارد، یکی نمایش نمادی است که توسط استاندارد IRE تجویز شده است، دیگری نمایش نماد سفارشی مخصوص کریستال کوارتز است.IRE (نوع برش تجویز شده توسط نماد (XYZlWt) با مجموعه ای از حروف و زاویه، گفته شده با XYZ سه حرف به منظور نشان دادن ضخامت و طول تراشه در امتداد محور محل اصلی، با t (ضخامت)، l (طول) ، W (عرض) برای نشان دادن جهت چرخش، زاویه در خلاف جهت عقربه های ساعت، علامت مثبت و منفی گفته شده در جهت عقربه های ساعت.
مثال: (Yxl) 35 درجه ویفر اصلی زاویه: جهت Y
طول ویفر اصلی: جهت X
(XYtl) ضخامت 5°/-50 درجه T (محور X) چرخش 5 درجه در خلاف جهت عقربه های ساعت و سپس حول طول L (محور Y) 50 درجه چرخش در جهت عقربه های ساعت، آزیموت برش تراشه کوارتز است.
بیشتر نمادهای مرسوم کریستال کوارتز با دو حرف بزرگ انگلیسی نشان داده می شود.به عنوان مثال، نمادهای مرسوم نوع برش 35 درجه (YXl) با AT و 5°/-50 درجه (XYtl) با NT نشان داده می شوند.