मोनो-क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज

आवृत्ति नियंत्रण उत्पादों के निर्माण में प्रयुक्त क्वार्ट्ज एक असममित हेक्सागोनल रूप का मोनो क्रिस्टलीय है।रासायनिक रूप से, क्वार्ट्ज सिलिकॉन डाइऑक्साइड है, SiO2 प्राकृतिक रूप से पृथ्वी पर सबसे अधिक खनिज के रूप में होता है, जो पृथ्वी की सतह का लगभग 14% है।

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में मोनो क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज का महत्व पीजोइलेक्ट्रिकिटी, उच्च यांत्रिक और रासायनिक स्थिरता, अनुनाद पर बहुत उच्च क्यू और सिंथेटिक सामग्री में अत्यधिक उच्च स्तर की शुद्धता के उत्पादन के आधुनिक कम लागत वाले तरीकों के संयुक्त गुणों का परिणाम है।

क्वार्ट्ज अब इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में आवृत्ति को नियंत्रित करने के लिए प्रमुख सामग्री के रूप में अपरिहार्य है और केवल सीज़ियम और रूबिडियम जैसे प्राथमिक परमाणु मानकों द्वारा दीर्घकालिक सटीकता के लिए पार किया जाता है।

फिर भी मेम, माइक्रो इलेक्ट्रो मैकेनिकल सिस्टम, और नेम्स, नैनो-इलेक्ट्रो मैकेनिकल सिस्टम का हालिया विकास, आईसी निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स में साधारण घड़ियों के एकीकरण के साथ आवृत्ति नियंत्रण बाजार में क्रांति लाने के लिए तैयार है।

ये लघु उपकरण अनिवार्य रूप से सभी साधारण घड़ियों को प्रतिस्थापित कर सकते हैं जो कम लागत पर अतिरिक्त विश्वसनीयता प्रदान करते हैं और जहां न्यूनतम समय सटीकता की आवश्यकता होती है।

अपने मूल रासायनिक रूप में सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग आवृत्ति नियंत्रण के लिए नहीं किया जा सकता है और यह मोनो क्रिस्टलीय संरचना का होना चाहिए जिसमें यह अपने असममित रूप के कारण प्रयोग करने योग्य पीजोइलेक्ट्रिक गुण प्रदर्शित करता है।मोनो क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज में पाईज़ोइलेक्ट्रिसिटी (ग्रीक पीज़िन 'टू प्रेस') की खोज क्यूरी बंधुओं ने सोरबोन, पेरिस 1880 में की थी।

हालाँकि यह 1917 तक नहीं था कि इस संपत्ति का उपयोग व्यावहारिक अनुप्रयोग में किया गया था जब फ्रांस में प्रोफेसर लैंगविन और वेस्टर्न इलेक्ट्रिक में एएम निकोलसन ने समुद्र में पनडुब्बियों का पता लगाने के लिए स्वतंत्र रूप से सोनार ट्रांसीवर तैयार किए थे।

बाद में निकोलसन ने क्वार्ट्ज और रोशेल साल्ट दोनों का उपयोग करके अनुप्रयोगों के लिए कई पेटेंट दाखिल किए।इस बाद की सामग्री ने ध्वनि तरंगों और विद्युत उत्तेजनाओं के लिए दृढ़ता से प्रतिक्रिया दी और निकोलसन द्वारा माइक्रोफोन, लाउडस्पीकर और फोनोग्राफ पिक-अप के लिए डिजाइन में शामिल किया गया।जबकि निकोलसन ने वैक्यूम ट्यूब थरथरानवाला की आवृत्ति को नियंत्रित करने के लिए पीजो इलेक्ट्रिक सामग्री के उपयोग का प्रस्ताव दिया था, यह वेस्लेयन विश्वविद्यालय के डॉ। वाल्टर कैडी थे जिन्होंने 1923 में क्रिस्टल नियंत्रित ऑसिलेटर्स के लिए पहला पेटेंट दायर किया था।

हार्वर्ड विश्वविद्यालय के प्रो. जीडब्ल्यू पियर्स ने लगभग इसी समय क्रिस्टल ऑसिलेटर विकास पर और कार्य किया।पियर्स की मुख्य उपलब्धि केवल एक वैक्यूम ट्यूब का उपयोग करके क्रिस्टल नियंत्रित थरथरानवाला का डिजाइन था और क्रिस्टल के अलावा कोई ट्यूनेड सर्किट नहीं था।

1920 के दशक की शुरुआत में क्रिस्टल थरथरानवाला विकास और रेडियो तकनीक लगातार साथ-साथ आगे बढ़ी।इन शुरुआती दिनों के दौरान क्रिस्टल ऑसिलेटर्स के लिए प्रमुख अनुप्रयोग समय मानकों के रूप में उपयोग के लिए थे और यह लगभग 1926 तक नहीं था कि क्रिस्टल ऑसिलेटर्स का उपयोग रेडियो ट्रांसमीटर की आवृत्ति को नियंत्रित करने के लिए किया गया था।यह न्यूयॉर्क में रेडियो स्टेशन WEAF पर किया गया था, जिसका स्वामित्व AT और T के पास था।

बेल टेलीफोन लैब्स जो एटी एंड टी का हिस्सा थीं और यूके और एसईएल जर्मनी में द मार्कोनी कंपनी के साथ 1930 के दशक के दौरान क्रिस्टल प्रौद्योगिकी में कई महत्वपूर्ण विकास हासिल किए।1934 में बेल लैब्स में मेसर्स लैक एंड विलार्ड ने एटी कट और बीटी कट क्रिस्टल की खोज की, जिसने संचार उद्योग को तापमान प्रदर्शन क्रिस्टल की तुलना में काफी बेहतर आवृत्ति प्रदान की।

बेहतर सीलिंग और उत्पादन तकनीक के साथ-साथ तनाव मुआवजा कटौती के एक नए परिवार की खोज उन कुछ अग्रिमों में से हैं जो पिछले दशक के दौरान हाल ही में उल्टे मेसा प्रक्रिया और क्रिस्टल और ऑसीलेटर के लघुकरण के साथ किए गए हैं।

पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री दबाव के अधीन होने पर एक दिशात्मक रूप से संबंधित विद्युत आवेश प्रदर्शित करती है और इसके विपरीत विद्युत आवेश के अनुप्रयोग से सामग्री के भीतर एक दिशात्मक रूप से संबंधित बल उत्पन्न होता है।एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र का अनुप्रयोग सामग्री को कंपन करने और बाद में यांत्रिक रूप से प्रतिध्वनित करने का कारण बनेगा।किसी भी यांत्रिक अनुनाद की आवृत्ति सामग्री के भौतिक आयामों, मूल मोनो क्रिस्टलीय क्रिस्टल के क्रिस्टलीय अक्ष के संबंध में 'कट कोण', परिवेश के तापमान और संबंधित यांत्रिक या विद्युत घटकों के किसी भी संशोधित प्रभाव द्वारा निर्धारित की जाती है।

क्रिस्टलीकृत क्वार्ट्ज के गुणों में इसकी उच्च रासायनिक और यांत्रिक स्थिरता और एक कम तापमान गुणांक शामिल है, जिसके परिणामस्वरूप परिवेश के तापमान में किसी भी परिवर्तन के लिए गुंजयमान आवृत्ति में एक छोटा परिवर्तन होता है, साथ में प्रतिध्वनि पर बहुत उच्च क्यू होता है।यह स्वाभाविक रूप से होता है और सभी प्रारंभिक प्रयोगात्मक कार्य प्राकृतिक क्रिस्टलीकृत क्वार्ट्ज का उपयोग करके किए गए थे।

हालांकि, प्राकृतिक रूप से क्रिस्टलीकृत क्वार्ट्ज अशुद्धियों, बुलबुले, दरारें और जुड़ने से ग्रस्त है, जो आवृत्ति नियंत्रण में उपयोग के लिए इसके मूल्य को कम करता है क्योंकि ये क्यू कारक को कम करते हैं।इसलिए सिंथेटिक क्वार्ट्ज का उत्पादन ट्विनिंग और अशुद्धियों से मुक्त क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज के शुद्ध रूप का उत्पादन करने के लिए स्थापित किया गया था।

सिंथेटिक क्वार्ट्ज एक आटोक्लेव में Si O2 के संतृप्त घोल से लगभग 400 ° C पर और एक सुपर संतृप्त घोल का उत्पादन करने के लिए 1000Kg/cm2 के दबाव में उत्पादित किया जाता है।

सिंथेटिक क्वार्ट्ज के निर्माण की प्रक्रिया को हाइड्रोथर्मल विधि के रूप में जाना जाता है जिसमें प्री-ओरिएंटेड मोनो क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज की तैयार सीड प्लेट्स को संतृप्त घोल में निलंबित कर दिया जाता है और घोल के तापमान को कम करके बड़े क्रिस्टल की वृद्धि प्रयोगशाला नियंत्रित परिस्थितियों में प्राप्त की जाती है। अशुद्धियों को कम करना और सामग्री की उपयोगी मात्रा को अधिकतम करना।

अधिकतम शुद्धता प्राप्त करने के लिए सिंथेटिक सामग्री की वृद्धि दर प्रति दिन 1 मिमी या उससे कम के क्रम में होती है।इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में उपयोग के लिए क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज को वेफर्स (या ब्लैंक्स) में काटकर, वेफर के प्रत्येक तरफ इलेक्ट्रोड चढ़ाना और रेज़ोनेटर को उपयुक्त धारक में संलग्न करके उत्पादित किया जाता है।क्वार्ट्ज वेफर के आयाम अनिवार्य रूप से गुंजयमान यंत्र आवृत्ति को निर्धारित करते हैं, हालांकि यह इलेक्ट्रोड के आकार और मोटाई और संबंधित विद्युत सर्किटरी से भी प्रभावित होता है।

गुंजयमान आवृत्ति की सटीकता और अंतिम गुंजयमान इकाई के लिए आवृत्ति के एक आवश्यक कम तापमान गुणांक को प्राप्त करने के लिए क्रिस्टलीय ऑप्टिकल अक्ष के लिए वेफर 'कट' का उन्मुखीकरण महत्वपूर्ण है।'कट' आवृत्ति/तापमान विशेषताओं का उत्पादन करेगा जो या तो दूसरे क्रम (द्विघात) या तीसरे क्रम (टर्नरी) हैं और इसलिए विशेषताएँ सिंगल या डबल टर्न ओवर पॉइंट प्रदर्शित करेंगी।