1、表面波应用中具有温度稳定性石英晶体切型的最新发展 1由于石英的高品质因数和温度稳定特性，其在频率控制产品应用中仍继续担当主角。自早期SC切石英在表面波产品中使用后，许多新型温度稳定性石英切型曾被介绍过。2004年，作者通过对单旋转AT切石英晶体板，双旋转SC切石英晶体板，ST 切衬底的表面波，基于单旋转晶体衬底的STW(SurfaceTransverseWave)以及对体波和表面波之间联系的介绍，首次介绍了本文的主题。本文在这里介绍了LST(LeakyStableTemperature)切，K切和平面旋转33Y切石英晶体的发展情况，也包括对基于石英的HVP(HighVelocityPseudo
2、)表面波发展情况。文章也从作者Weihnacht在2005年的文中整理了一些有价值的讨论。在这篇文章中，作者进一步拓展了概述内容，介绍了温度稳定性SH型石英晶体表面波切型的发展情况和一些令人振奋的最新发展。许多年来，人们对电子应用中的声波器件的研究者，似乎默认地分成了两组-体波组(有时也称为晶体组)和表面波组，并且看上去没有结合的可能。对于体波研究者，他们都很熟悉AT切和SC切厚度剪切石英晶体谐振器。作者注意到一些企业界已经开始使用薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator,FBAR)，其也称为体波谐振器。在这篇文章中我们仍沿用传统意义上的体波技术含义，AT切是经单旋
3、转石英晶体板Y轴(Y切板正交坐标轴平行于Y轴)theta=35.25而得到的(见图1)。而对于主要用于恒温控制晶体振荡器(Oven-contrilledCrystalOscillator,OCXO)的SC切石英晶体，则是经过双旋转Y轴theta=33.93和phi=21.93得到的。图1有人用另一表示方法“BAW“角(phi,theta,psi)来准确描述体波板。事实上，用y来描述体波板的意义并不大，因为板的振动是本征意义上的“bulk“(频率为板厚度的倒数)。体波的传播方向沿着厚度方向，而粒子的运动方向沿着X轴方向。表面波研究者常用欧拉角(lambda,mu,theta)来描述具体表面波切型
4、以及波的传播方向。ST切是最常用和最受欢迎的石英晶体切型(ST=StableTemperature)，其欧拉角度为(0,132.75,0)。有时此切型也称为“X轴方向传播的Y切石英晶体“。欧拉角(lambda,mu,theta)与“BAW“角(phi,theta,psi)之间的关系可以用下式来表示:lambda=phi，mu=theta+90，theta=-psi。因此，表面波ST切石英晶体等价于theta=42.75且表面波传播方向沿X轴传播的AT切体波板，相应的“BAW“角为(0,42.75,0)。非X轴方向表面波传播的切型可以用非零角y来表述。例如，NSPUDT(NaturalSingl
5、ePhaseUnidirectuonalTransducer)石英晶体切型为psi25。了解欧拉角与“BAW“角的关系可以使我们直观的联系到体波和表面波技术。AT切、SC切石英晶体虽然仅限于在低频率应用，但其很好地展现了立方频率改变与温度之间(f/fvsT)的行为变化关系。在操作温度范围内，AT切、SC切石英晶体均能够在不需要任何补偿的条件下提供10100ppm的f/f高稳定性。ST切石英晶体在两阶温度(TurnoverTemperature,T-OT)系数-0.034条件下展现了平方频率改变与温度之间(f/fvsT)的行为变化。例如，操作温度的变化范围为-4085C，T-OT为22.5C，那
6、么f/f的稳定性至少可以最小到130ppm。改变图1角度q(偏离42.75)，可以改变T-OT，但不能改变温度系数。在70年代中期，表面波研究人员注意到，在SAW传感器theta36，psi=90相当于欧拉角(0,126,90)，水平剪切粒子运动时，可以激励出表面飞掠块体波(SurfaceSkimmingBulkWave,SSBW)。该切型可以形象地称为Z轴方向传播的旋转Y切石英晶体。当传感器为周期性结构时，表面飞掠块体波可以转变为表面横波(SurfaceTransverseWave,STW)。表面横波的波速是ST切表面波波速的1.6倍，所以很容易在高频率端工作。但遗憾的是，其平方频率f/fv
7、sT有较高的两阶温度系数-0.052。因此，这么多年来，虽然表面波技术可以应用在高频率产品当中，但它很难像体波那样提供高的温度稳定特性。体波研究人员同样也非常熟悉体波角为(0,-49,0)的BT切石英晶体。因为它的厚度剪切波速比AT切石英晶体波速慢，所以当要求频率一样且要求板的厚度较厚时，可以考虑使用BT切石英晶体。但是BT切的频率温度性能并不好，因为其f/fvsT是二次方的(图2)。图3(a)为体波应用的BT切石英和表面横波应用的36切角石英(不同之处在于切角)。厚度剪切的体波和表面横波均沿着Z轴方向传播，粒子沿着X轴方向运动。图3(b)为AT切石英，箭头表示厚度剪切体波传播方向。该粒子的运动方向仍是沿着X轴方向。也许有人会从图3(a)问到:“90切角能否存在不同于AT切(具有立方f/fvsT)的表面波或者表面横波?如果不能，为什么?“图2图3在过去的几年中，表面波研究人员发现了其它切型的表面波石英晶体。这些切型能够提供很好的频率温度性能。然而，这些切型都是双旋转的Y切石英，欧拉角为(lambda0,mu0,theta)。这种双旋转切型在实际的生产过程中很难制作，并且价格非常昂贵。就目前来说，还没有看到那个商业愿意接受这种价格不菲的石英切型。“七“乐无穷，尽在新浪新版博客，快来体验啊请点击进入
