Oscilent Crystal的輻射效應

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2018-10-31 11:30:24【大中小】

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現代社會幾乎人人談“輻”色變，因為輻射是一種高危致癌極其容易導致人體畸形的東西，而且無形無色無味，讓人察覺不到，但侵入人體和大腦后，會造成可怕的后果。然而Oscilent Crystal公司在生產石英晶振時，會用到一種電離輻射，這種輻射適當使用少量不會對人造成任何影響，而且是一種非常先進的晶振生產技術。Oscilent是比較知名的美國晶振品牌，其自身掌握了行業里高端的生產流程和制造工藝，接下來我們就看看Oscilent晶振公司是如何利用電離輻射量產石英水晶組件的。

電離輻射改變石英晶體振蕩器的頻率主要是因為晶體單元中輻射產生的變化[33,34]。在某些條件下，輻射也會使晶體單元的等效串聯電阻增加。當振蕩器沒有輻射硬化時，電阻增加可以足夠大以停止振蕩。

圖31顯示了石英振蕩子對電離輻射脈沖的理想頻率響應。答復由兩部分組成。最初，存在瞬態頻率變化，這主要是由于能量突然沉積到晶體單元中引起的熱瞬態效應。這種效應是前面討論的動態f與T效應的表現。在由高純度石英制成的SC切割諧振器中不存在瞬態效應。

圖31.晶振對電離輻射脈沖的響應：f0=原始預輻射頻率，Dfss=穩態頻率偏移（曝光后0.2小時至24小時），ft=時間t的瞬時頻率。

在響應的第二部分中，在達到穩定狀態之后，存在永久頻率偏移，其是輻射劑量和晶體單元的性質的函數。頻率變化與劑量的關系是非線性的，低劑量時每徑的變化比大劑量時大得多。在高于1千伏（SiO2）的劑量下，頻率隨劑量變化的速率取決于石英雜質缺陷。例如，在1兆拉德劑量下，當石英晶體單元由天然石英制成時，頻率變化可以高達10ppm;當晶體由培養的石英制成時，它通常為1至幾ppm，當晶體由掃過的培養石英制成時，它可以小至0.02ppm。

石英中主要關注的雜質缺陷是具有相關的間隙電荷補償劑的取代Al3+缺陷，其可以是H+，Li+或Na+離子，或空穴。該缺陷代替Si4+在石英晶格中。輻射可導致弱邊界補償器的位置變化，這改變了石英的彈性常數，從而導致頻率變化。離子的移動還導致晶體Q的減少，即石英晶體諧振器等效串聯電阻的增加，特別是在暴露于電離輻射脈沖時。如果振蕩器的增益裕度不足，增加的電阻可以在持續數秒的時間內停止振蕩。電離輻射的高電平脈沖將在電路中產生光電流，這導致瞬間停止振蕩，與諧振器中使用的石英類型無關。在振蕩器中使用正確設計的振蕩器電路和由掃頻石英制成的諧振器，掃描是一種高溫，電場驅動的固態凈化過程，其中弱結合的堿補償劑從晶格中擴散出來，并被更緊密結合的H +離子和空穴所取代[37,38]。在典型的掃描過程中，將導電電極施加到石英棒的Z表面上，將棒加熱到約500℃，并施加電壓以便沿Z產生約1千伏/厘米的電場。方向。在通過棒的電流衰減（由于雜質的擴散）到某個恒定值之后，棒緩慢冷卻，除去電壓，然后除去電極。由掃描石英制成的音叉晶體單元既不表現出輻射誘導的降解，也不表現出大的輻射引起的頻移。

在低劑量（例如，幾個rad）下，每rad的頻率變化可高達每輻射10-9[39]。低劑量效應尚不清楚。它不依賴于雜質，并且在約300拉德處飽和。在非常高的劑量下（即，>>1Mrad），雜質依賴性頻移也飽和，因為由于晶體中缺陷的數量是有限的，因此與缺陷相互作用的輻射的影響也是有限的。

當快中子沖入晶格并與原子碰撞時，它像臺球一樣散落。單個這樣的中子可以產生許多空位，間隙和破碎的原子間鍵。這種“位移損傷”對有源晶振頻率的影響主要取決于中子注量。振蕩頻率與中子注量以速率幾乎線性增加：8×10點-21每平方厘米的中子（N/厘米2），以10的注量范圍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牛頓/厘米2。

如果你仔細研究過石英晶體與石英晶體振蕩器的發展史，你會發現，這也是人類社會進步的發展使，因為每一代科技的創新與突破，都與石英晶振，貼片晶振等頻率元件息息相關。從第一代的通訊設備，廣播音頻，影像，機器等，就已經使了早期的晶振，一百多年來，Oscilent晶振也一直跟隨愈發先進的產品而改變，到現在基本都能滿足所有用戶的要求。

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