86-0755-27838351
輻射效應(yīng)改變了振蕩器的頻率響應(yīng)
石英是具備抗磁性的,當(dāng)OscillatorCrystal沒(méi)有被電離輻射硬化時(shí),電容阻力可以增加大到足以停止振蕩,但是磁場(chǎng)會(huì)影響石英晶體單元安裝線路結(jié)構(gòu),電極和外殼中的磁性材料會(huì)將在金屬部件中引起渦流并且形成時(shí)變電場(chǎng),磁場(chǎng)電離輻射還會(huì)影響振蕩器電路中的電感器等其它元件,當(dāng)設(shè)計(jì)石英晶體振蕩器以小化磁場(chǎng)的影響時(shí),靈敏度可以遠(yuǎn)低于電子元器件,因此在專為低磁場(chǎng)靈敏度設(shè)計(jì)的晶體單元中都會(huì)測(cè)量了其磁場(chǎng)靈敏度.
石英中主要關(guān)注的雜質(zhì)缺陷是具有相關(guān)的間隙電荷補(bǔ)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+在石英格子里,輻射可導(dǎo)致弱邊界補(bǔ)償器的位置變化,這改變了石英晶振的彈性常數(shù),從而導(dǎo)致頻率變化,離子的移動(dòng)還導(dǎo)致晶體Q的減少,即晶體等效串聯(lián)電阻的增加,特別是在暴露于電離輻射脈沖時(shí),如果振蕩器的增益裕度不足,增加的電阻可以使振蕩停止持續(xù)數(shù)秒,高電平的電離輻射脈沖將在電路中產(chǎn)生光電流,這導(dǎo)致瞬間停止振蕩,與諧振器中使用的石英類型無(wú)關(guān),在振蕩器中使用正確設(shè)計(jì)的振蕩器電路和由掃頻石英制成的諧振器.
電離輻射改變石英晶體振蕩器的頻率主要是因?yàn)榫w單元中輻射產(chǎn)生的變化在某些條件下,輻射還會(huì)使晶體單元的等效串聯(lián)電阻增加,圖1顯示了晶體振蕩器對(duì)電離輻射脈沖的理想頻率響應(yīng),答復(fù)由兩部分組成,最初,存在瞬態(tài)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(tài)效應(yīng),這種效應(yīng)是前面討論的動(dòng)態(tài)f對(duì)T效應(yīng)的表現(xiàn),在由高純度石英制成的SC切割諧振器中不存在瞬態(tài)效應(yīng),在響應(yīng)的第二部分中,在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后,存在永久頻率偏移,其是輻射劑量和晶體單元的性質(zhì)的函數(shù).
頻率變化與劑量的關(guān)系是非線性的,低劑量時(shí)每徑的變化比大劑量時(shí)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(zhì)缺陷,例如,在1兆拉德劑量下,當(dāng)晶體單元由天然石英制成時(shí),頻率變化可以高達(dá)10ppm,當(dāng)晶振由培養(yǎng)的石英制成時(shí),它通常為1至幾ppm,當(dāng)晶體由掃過(guò)的培養(yǎng)石英制成時(shí),它可以小至0.02ppm,在低劑量(例如,幾個(gè)rad)下,每rad的頻率變化可高達(dá)每輻射10-9,低劑量效應(yīng)尚不清楚,它不依賴于雜質(zhì),并且在約300拉德處飽和,在非常高的劑量下(即>>1Mrad),雜質(zhì)依賴性頻移也飽和,因?yàn)橛捎诰w中缺陷的數(shù)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(dāng)快中子沖入晶格并與原子碰撞時(shí),它像臺(tái)球一樣散落,單個(gè)這樣的中子可以產(chǎn)生許多空位,間隙和破碎的原子間鍵,這種"位移損傷"對(duì)振蕩器頻率的影響主要取決于中子注量,OSC晶振振蕩頻率與中子注量以速率幾乎線性增加:8×10點(diǎn)-21每平方厘米的中子(N/厘米2),以10的注量范圍11到1012N/厘米2,5×10-21/n/cm2在1012至1013n/cm2,和0.7×10-21/N/厘米21017到1018牛頓/厘米2,掃描是一種高溫,電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的固態(tài)凈化過(guò)程,其中弱結(jié)合的堿補(bǔ)償劑從晶格中擴(kuò)散出來(lái),并被更緊密結(jié)合的H+離子和空穴所取代,在典型的掃描過(guò)程中,將導(dǎo)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(chǎn)生約1千伏/厘米的電場(chǎng)方向.
在通過(guò)32.768K晶振的電流衰減由于雜質(zhì)的擴(kuò)散到某個(gè)恒定Q值之后,晶體棒緩慢冷卻,除去電壓,然后除去電極,由掃描石英制成的晶體單元既不表現(xiàn)出輻射誘導(dǎo)的降解,也不表現(xiàn)出大的輻射引起的頻移.當(dāng)功率應(yīng)用于頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí),在達(dá)到平衡頻率穩(wěn)定性之前需要有限的時(shí)間,振蕩器的預(yù)熱時(shí)間取決于諧振器的熱特性,振蕩器電路和柱箱結(jié)構(gòu),輸入功率以及開啟前振蕩器的溫度.