FeGa膜/AT切石英晶片双面复合蝶形谐振磁场传感器

蝶形磁致伸缩膜由于磁汇聚,其中心区域的磁致伸缩应变增强,但是和矩形AT切石英晶片复合时,磁膜耦合至矩形晶片电极区的应变会向周围无磁膜区域扩散,降低应变对晶片厚度剪切振动的作用,降低磁场传感器灵敏度。提出AT切石英晶片和FeGa膜形状一样的蝶形谐振磁场传感器,蝶形晶片可以将蝶形磁膜增强的晶片应变汇聚至晶片电极区,以提高传感器灵敏度。仿真结果预测,在23.8~118.9 Oe的磁场范围内,蝶形结构的灵敏度为蝶形磁膜/矩形晶片结构的3.73倍。通过微机械加工,制作了蝶形器件,对实际器件测试的结果表明,在76.4~117 Oe的线性区间内,蝶形传感器的灵敏度可达-29.08 Hz/Oe。

高温环境下AT切石英谐振器振动特性分析

为了研究AT切型石英晶体谐振器在不同温度环境下的振动状态,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics 6.0分析了石英晶体在不同温度下沿x方向振动位移分布情况,直观地观察了寄生模态的振动位移,计算了不同温度下电极区能量占比以及品质因数,并通过实验测量了不同温度下AT切型石英晶体品质因数及温频效应。仿真结果表明,随温度变化,AT切型石英晶体表面始终存在典型的能陷效应,未加剧模态间的耦合问题。实验结果表明,AT切型石英晶体频率随温度变化趋势与理论一致,实验数据与仿真计算的品质因数随温度改变均无明显变化。研究成果证明AT切型石英晶体具有良好的热稳定性,可以作为石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)传感器在高温环境下的敏感元件,对高温环境下敏感器件的选择具有指导意义。

AT切石英谐振器频率温度系数的研究

分析了AT切石英谐振器的频率温度系数与晶体弹性模量、密度、尺寸及环境因素间的关系.引进了1~3阶频率温度系数的修正系数,解释了频率温度系数的变化问题.结果表明,对切角及环境因素进行控制,可使石英晶体谐振器的频率–温度特性满足工程的需要.

矩形AT切石英谐振器寄生振动模式的有限元分析

随着实际应用中的谐振器向小型化与高频发展 ,AT切石英晶体谐振器中寄生振动模式增多 ,寄生振动模式与主模式厚度切变模式之间的耦合问题越来越突出 .因此有必要对与晶片X和Z’尺寸均有关的寄生模式进行理论分析 .以Mindlin的二维晶片方程为基础 ,运用有限元法求解AT切石英晶体谐振器的振动模式 ,得到了晶片频率随X长度变化的频谱图 .其结果与Koga的实验结果比较 ,符合得比较好 .与通常用解析解的方法分析的结果相比较 ,有限元法的优越性在于可得到更多的非直行波模式 (非晶片长、宽方向 ) ,还可以模拟出各模式的主要位移分量的波形图 。

表面溅射FeGa薄膜的AT切型石英谐振磁场传感器

针对谐振传感器Q值低导致输出信号噪声水平高、传感分辨率低的问题,提出FeGa薄膜与AT切型石英晶片复合的高品质因数谐振磁场传感器。AT切型石英晶片受到交流电压激励以厚度剪切模态振动,FeGa薄膜在磁场中磁化而受到磁场作用力并通过层间耦合传递到石英晶片,由于石英晶片具有力频特性,其谐振频率因此会发生改变。此外,石英晶体低内损耗、高Q值的特性使得传感器具有很高的品质因数,可以实现稳定、低噪声的传感输出。实验结果显示:该谐振磁场传感灵敏度为0.2 Hz/Oe,品质因数达到46 000以上,功耗低于8μW,最大测量磁场可达1 200 Oe,具有较宽的磁场测量范围。该谐振磁场传感器在高信噪比输出信号、低功耗等方面均具有明显优势,且结构简单、易于加工。

变截面FeGa膜/AT切石英晶片复合谐振磁场传感器

提出用变截面FeGa磁致伸缩膜与AT切石英晶片双面复合的磁场传感结构,变截面形状降低了磁膜汇聚区域的退磁因子,进而将磁致伸缩应变汇聚到晶片的电极区域。同时双面复合结构避免了晶片中沿厚度方向的应变方向发生改变,两者结合提高了谐振传感器的磁场灵敏度。推导的灵敏度公式表明,灵敏度与复合结构确定的应变传递系数、磁膜材料的压磁系数以及磁膜厚度均成正比,与晶片厚度的平方成反比。在厚度为200μm的AT切石英晶片表面双面沉积1μm厚的变截面FeGa膜制备传感器样品,测试结果表明:传感器Q值为5489,线性区间的灵敏度达到-0.82 Hz/Oe,据此,当晶片厚度降低至7.5μm时,传感器灵敏度将达到-583 Hz/Oe,并且可通过采用更高压磁系数的材料进一步提高。

尺寸参数对AT切石英晶体谐振器影响的三维有限元仿真

本文以4 MHz圆形AT切晶体谐振器为例,通过ANSYS软件建立了三维有限元模型,分别完成了对该晶体谐振器的石英晶片的直径、石英晶片的厚度和电极的直径的仿真,研究这些尺寸参数对于谐振器厚度剪切振动模态和频率造成的影响,对于圆形AT切晶体谐振器的设计制造起到了一定的指导作用。

AT切49U/S石英谐振器寄生与寄生抑制

AT切49U/S石英谐振器由于频率稳定性好、精度高,并在较宽的温度范围内有良好的频率温度特性,生产成本低廉等优点,被广泛应用在频率发射和频率接收的电路上。结合实际工作经验,对石英谐振器的寄生响应进行详细描述和分析。并根据能陷理论,控制被银返回量、被银电极尺寸大小,以及对晶片长、宽、厚度的尺寸控制和修正晶片侧面尺寸等方法,来达到对石英谐振器寄生响应的有效抑制。

AT切型低频晶体频率片工艺探索

本文简要介绍了ＡＴ切型低频晶体片，特别是窄条形低频片的试制情况，给出了一些测量结果，介绍了个别条形中频和低频园形片的测量数据，在此基础上，进行了初步分析，以期进一步改善工艺。

超高频AT切基模石英晶体揩振器制作

超高频基模AT切型石英晶体谐振器的生产制作是采用湿润的高速率的化学腐蚀方法与低速率高精度调整晶体厚度的离子刻蚀相结合的方法。为了减小晶片与电极分界面由于不同的材料有不同的热膨胀系数造成的热应力，选择了与晶体热膨胀系接近的金（Au)作电极材料，电极的厚度严格按照合适的镀膜反回量。反面电级膜厚相当于电极区晶片厚度的9％，中心谐振频率为622MHz。该谐振器有良好的频率温度特性，在－35℃～+85℃温度范围内，频率漂移在±10PPM之内。此外，利用Colpitts振荡电路与622MHz谐振器组装的压控晶体振荡器（VCXO），其压控频率特性可达±120PPM／＋2．5±2V而且相位噪声在频率偏移1kHz处为－100dBc/Hz。

AT切三次泛音HC—49／S石英谐振器

ＨＣ－４９／Ｓ长条片石英谐振器的设计制造难度大，本文对２７０００ｋＨｚ－６００００ｋＨｚＡＴ切三次泛音石英谐振器研制进行总结，并给出了性能测试结果。厚度切变振动石英谐振器常用切型分为ＡＴ切和ＢＴ切两种，其中ＡＴ切型晶体具有频率稳定性高，在宽温范围内频率特性好等优点而被大量使用。过去石英晶体厂家大量生产的是ＨＣ－４９／Ｕ晶体，随着市场需求的变化，已逐步向生产ＨＣ－４９／Ｓ石英晶体过渡。

对AT切型条状晶体谐振器寄生响应的探讨

本文主要探讨的是ＡＴ切型条状石英谐振器设计时应特别注意的寄生问题。文章从石英唇顺的基本特性出发，分析了寄生产生的机理，并进行了实验验证，指出在规格设计及加工工艺中应产拟制或消除这些寄生地谐振器的频率、电阻以及温度系数的影响。

石英湿法腐蚀及谐振器制作工艺研究

随着石英谐振器向小型化、高频化发展,其尺寸越来越小,因此,低成本的谐振器精准制造工艺尤为重要。该文对石英晶片进行腐蚀实验以确定精准制造矩形谐振器的最佳工艺条件,研究了温度对金属保护层完整性的影响,以及腐蚀时间对石英表面粗糙度的影响。腐蚀速率稳定且适中,有利于谐振器的精准制造。设计了石英谐振器工艺流程,得到质量较好的超薄矩形AT切高频石英谐振器。分析其尺寸误差产生的原因,并总结了一套精度较好的湿法腐蚀工艺,有望采用低成本手段使矩形谐振器的厚度小于10μm。

石英单晶微机械陀螺仪研究进展

对Z切、ST切、AT切三种切割方式的石英单晶微机械陀螺仪的基本工作原理进行了阐述,梳理了不同类型陀螺仪的发展历程,重点介绍了三种石英单晶微机械陀螺仪的设计结构、性能特点及其应用场景,并从灵敏度、动态范围、稳定性、抗冲击性及工作频率等方面对三种类型石英微机械陀螺仪各自的性能优势与面临的技术挑战进行了评述,总结了当前国内外在石英单晶微机械陀螺仪研究领域的主要进展和创新点。最后,针对不同切割方式的石英单晶微机械陀螺仪的结构及工作特点,分析了其各自的优点与不足,进行了总结和对比,讨论了石英微机械陀螺仪的未来发展方向。

AT和BT切石英晶体频率温度特性随切角变化关系研究

从压电晶体的频率温度特性方程出发,计算了旋转Y切(yxl)石英晶体在参考温度T0=25℃时的一阶、二阶、三阶频率温度系数随切角的变化曲线,研究表明,一阶频率温度系数在θ取-49和35.2(o)具有零点值,分别对应AT和BT切的切割角度。AT切和BT切石英晶体频率温度曲线分别表现为三次函数和二次函数的曲线形式。AT和BT切石英晶体频率温度特性曲线随θ的变化以一定规律变化,θ的变化对AT、BT切石英晶体频率温度特性曲线的影响表现敏感。这些结论对AT、BT切石英晶体的设计具有重要的理论指导意义。