一种黄长石型结构晶体的零/近零频率温度系数切型及其加工方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种黄长石型结构晶体的零/近零频率温度系数切型及其加工方法与应用，采用黄长石型结构压电晶体；所述黄长石型结构压电晶体的通式为：(A1A2)2{(B1B2)(C1C2)}3O7；A1＝Ca、Sr、Ba，A2＝La、Nd、Pr、Sm、Gd；B1＝Mg、Zn，B2＝Al、Ga；C1＝Al、Ga，C2＝Si、Ge。本发明专利技术的黄长石型结构压电晶体的零/近零频率温度系数切型的应用温度范围宽，可在20～600℃进行应用，频率温度稳定性可达‑10ppm/℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种黄长石型结构压电晶体的零/近零频率温度系数切型及其加工方法与应用，属于频率选择/控制与器件

技术介绍
利用压电晶体的零/近零频率温度系数切型，可以制成多种频率选择器件(如滤波器)和频率控制器件(如谐振器、振荡器)，这种切型是现代通信技术的关键材料，在遥测导航、军事雷达和电视卫星接收器等系统中有十分重要的应用。石英晶体具有零频率温度系数切型，且频率随温度变化非常稳定，广泛用于制作频率控制用器件，但器件应用温度范围较窄(-40～100℃)，且压电系数(d11＝2.3pC/N)和机电耦合系数(低于8％)较低，难以满足现代电子通信技术快速发展需求。因此，探究具有零/近零频率温度系数切型的压电晶体已经成为材料研究领域的热点之一。中国专利文件CN101847975A(申请号：201010136214.3)公开了一种NdCa4O(BO3)3晶体零频率温度系数切型及应用，晶体旋转α角度，记为(ZXw)α,-20°≤α≤45°，切型尺寸比例为厚度∶宽度∶长度＝1∶(2-3)∶(6-10)。NdCa4O(BO3)3晶片切型的宽度方向上镀铂金电极,电极厚度为200-220nm；采用宽度切变振动模式,在-140-200℃范围内，晶片谐振频率的温度稳定性控制在0～25ppm/℃。但是，上述晶体零频率温度系数切型的应用温度范围仍然较窄，不能满足较大温度范围内的应用需求，尤其是较大高温范围内的应用。
技术实现思路
针对现有技术中石英晶体零频率温度系数切型应用温度范围较窄和应用温度较低的问题，本专利技术提供一种黄长石型结构压电晶体的零/近零频率温度系数的切型，在谐振器、振荡器、滤波器等器件方面获得较大的温度应用范围。在20～600℃，黄长石型结构晶体的弹性常数随温度变化比较稳定(如SrGdGa3O7晶体20～600℃内频率温度稳定性为-10ppm/℃)，从频率控制角度来讲，存在零/近零频率温度系数切型，黄长石型结构晶体的零/近零频率温度系数切型可使器件的工作温度范围有较大的提高，满足频率控制/选择器件较大温度应用范围的使用要求。但是并不是所有晶体的所有切型都属于零/近零频率温度系数切型，因此，从众多切型中选择出零/近零频率温度系数切型，便是本专利技术的技术任务。术语解释：1、压电切型：表示压电晶片切割方位的一种表示符号，它包括一组字母和角度，前两个字母分别表示原始方位的厚度方向和长度方向，其余字母表示作为旋转轴的晶片棱边。根据第一次旋转是基于长度、宽度和厚度方向的旋转，符号的第三个字母分别用l、w、t表示。如果只需要一次旋转，则符号只有三个字母，如果需要二次甚至三次旋转，那么可根据同样的法则选用第四个和第五个字母。例如：(XYtw)γ/β切型，含义是晶片原始方位厚度方向为X，原始方位长度方向为Y，以厚度t方向(即X方向)为旋转轴逆时针转动γ角度，然后以宽度w方向(即Y方向)为旋转轴逆时针转动β角度加工的切型。2、零/近零频率温度系数切型：压电晶片在某种振动模式激发产生谐振频率和反谐振频率，谐振频率随着温度的变化是温度的函数，谐振频率温度特性方程的一般数学表达式为：f0是在参考温度T0下的谐振频率，T为任意参考温度，a0、b0、c0分别为T0下的一级、二级、三级频率温度系数。当频率温度系数等于零或接近零时对应的压电切型，就是零/近零频率温度系数切型。例如，本专利技术所用的参考温度T0可为室温20℃。3、不同振动模式下的谐振频率：A.压电常数d14激发的面切变振动模式下的谐振频率：所用压电晶片为X-cut方片，在X方向加电场，由d14激发面剪切振动模式(在YZ平面内的T4形变)，得到弹性柔顺常数s44对应的谐振频率。B.压电常数d36激发的面切变振动模式下的谐振频率：所用压电晶片为Z-cut方片，在Z方向加电场，由d36激发面剪切振动模式(在XY平面内的T6形变)，得到s66对应的谐振频率。C.压电常数d12’激发的横向长度伸缩振动模式下的谐振频率：所用压电晶片为XYtθ长条片，在X方向加电场，由d12’激发横向长度伸缩振动模式，得到s22’对应的谐振频率(据此可以计算弹性柔顺常数s11、s13和s33)。D.压电常数d31’激发的横向长度伸缩振动模式下的谐振频率：所用压电晶片为ZXtα长条片，在Z方向加电场，由d31’激发横向长度伸缩振动模式，得到s11’对应的谐振频率(据此可以计算s11和s12)。E.压电常数d12*激发的横向长度伸缩振动模式下的谐振频率：所用压电晶片为XYtwθ/γ(沿着X轴旋转θ°，然后绕着Z轴旋转γ°)，在X方向加电场，由d12*激发横向Y方向的长度伸缩振动模式，得到s22*对应的谐振频率。F.压电常数d13*激发的横向长度伸缩振动模式下的谐振频率：所用压电晶片为XZltθ/δ(沿着Z轴旋转θ°，然后绕着X轴旋转δ°)，在X方向加电场，由d13*激发横向Z方向的横向长度伸缩振动模式，得到s33*对应的谐振频率。G.厚度振动模式下的谐振频率：厚度振动模式包括厚度切变振动模式、厚度伸缩振动模式。厚度切变振动既有纵效应振动又有横效应振动；厚度伸缩振动只有纵效应振动，其弹性波为纵波。以ZYwθ切型为例，在Y方向加电场，可得到弹性硬度常数c55*对应的谐振频率。物理参数(如弹性常数s和压电常数d)加上标号“’”“*”表示在旋转坐标系中测得的对应参数。本专利技术的技术方案如下：一种零/近零频率温度系数切型，采用黄长石型结构压电晶体；所述黄长石型结构压电晶体的通式为：(A1A2)2{(B1B2)(C1C2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零/近零频率温度系数切型，其特征在于，该切型采用黄长石型结构压电晶体；所述黄长石型结构压电晶体的通式为：(A1A2)2{(B1B2)(C1C2)}3O7；A1＝Ca、Sr、Ba，A2＝La、Nd、Pr、Sm、Gd；B1＝Mg、Zn，B2＝Al、Ga；C1＝Al、Ga，C2＝Si、Ge；所述的零/近零频率温度系数切型为如下切型之一：X‑cut切型：厚度方向为X方向，长度和宽度沿着Y和Z方向；Z‑cut切型：厚度方向为Z方向，长度和宽度沿着X和Y方向；XYtθ切型：厚度方向为X方向，绕着厚度X方向坐标轴逆时针旋转θ°，长度方向为旋转后的Y方向；ZXtα切型：厚度方向为Z方向，绕着厚度Z方向坐标轴逆时针旋转角度为α°，长度方向为旋转后的X方向；XYtwβ/γ切型：厚度方向为X方向，沿着X轴旋转β°后，再绕着旋转后的Z轴旋转γ°，长度方向为旋转两次后的Y方向；XZltθ/δ切型：厚度方向为X方向，沿着Z轴旋转θ°后，再绕着旋转后的X轴旋转δ°，长度方向为旋转两次后的Z方向；旋转角度0°≤α≤360°,0°≤β≤360°,0°≤θ≤360°,0°≤γ≤360°，0°≤δ≤360°。

【技术特征摘要】
1.一种零/近零频率温度系数切型，其特征在于，该切型采用黄长石型结构压电晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：申传英，张怀金，王继扬，王端良，王海龙，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37