石英晶振此款电子元器件的频率稳定性关系着一个电子产品的好坏,可见频率稳定性的重要.频率稳定性由晶体的质量决定.它与频率成反比,与取决于特定切割的常数成反比.影响品质因数的其他因素包括使用的泛音,温度,晶体驱动水平,表面光洁度质量,通过粘合和安装施加在晶体上的机械应力,晶体和附着电极的几何形状,晶体中的材料纯度和缺陷,外壳中气体的类型和压力,干扰模式以及电离辐射和中子辐射的存在和吸收剂量.
温度影响工作频率;使用各种形式的补偿,从模拟补偿(TCXO晶振)和微控制器补偿(MCXO)到用晶体炉稳定温度(OCXO).晶体具有温度滞后;通过升高温度获得的给定温度下的频率不等于通过降低温度获得的相同温度下的频率.温度敏感性主要取决于切割;选择温度补偿切割,以最小化频率/温度相关性.特殊切割可以用线性温度特性进行;液相色谱切割用于石英温度计.其他影响因素包括使用的泛音,安装和电极,晶体中的杂质,机械应变,晶体几何形状,温度变化率,热历史(由于滞后),电离辐射和驱动水平.
晶振的频率/温度和电阻/温度特性往往会出现异常,称为活性下降.这些是局部在特定温度下的小的向下频率或向上电阻偏移,其温度位置取决于负载电容的值.
机械应力也会影响频率.应力可以由电极的安装,结合和应用,安装,电极和晶体本身的不同热膨胀,存在温度梯度时的不同热应力,固化过程中结合材料的膨胀或收缩,传递到晶体外壳内环境压力的气压,晶格本身的应力(不均匀生长,杂质,位错),制造过程中引起的表面缺陷和损伤以及重力对晶体质量的作用引起;因此,频率会受到晶体位置的影响.其他动态应力诱发因素是冲击,振动和噪声.有些切口对压力不太敏感;应力补偿切割就是一个例子.大气压力的变化也会给外壳带来变形,通过改变杂散电容来影响频率.
大气湿度影响空气的热传递性能,并且可以通过水分子扩散到塑料结构中,改变介电常数和电导率来改变塑料的电性能.
影响频率的其他因素是电源电压,负载阻抗,磁场,电场(在切割对其敏感的情况下,例如SC切割),γ粒子和电离辐射的存在和吸收剂量以及晶体的年龄.
晶振经历缓慢的频率随时间逐渐变化,称为老化.这涉及许多机制.安装和接触可以减轻内置应力.来自残余大气,从晶体,电极或包装材料中除气或在密封外壳期间引入的污染物分子可以吸附在晶体表面上,从而改变其质量;石英晶体微量天平利用了这种效应.晶体的组成可以通过除气,杂质原子扩散或从电极迁移而逐渐改变,或者晶格可以被辐射损坏.缓慢的化学反应可能发生在晶体上或晶体内,或外壳的内表面.电极材料,例如铬或铝,可以与晶体反应,产生金属氧化物和硅层;这些界面层会随着时间发生变化.由于大气压力,温度,泄漏或内部材料放气的变化,外壳中的压力会发生变化.晶体本身之外的因素是例如振荡器电路的老化(以及例如电容的变化)和晶体炉参数的漂移.外部大气成分也会影响老化;氢气可以通过镍外壳扩散.当氦通过铷标准的玻璃外壳扩散时,会引起类似的问题.
金是低老化石英晶体谐振器的首选电极材料;它对石英的粘附力足够强,即使在强烈的机械冲击下也能保持接触,但又足够弱,不能支持显著的应变梯度(不同于铬,铝和镍).金也不形成氧化物;它能吸附空气中的有机污染物,但这些污染物很容易去除.然而,只有金会发生分层;因此,铬层有时用于提高结合强度.银和铝经常被用作电极;然而,随着时间的推移,两者都会形成氧化物层,从而增加晶体质量并降低频率.银可以通过暴露在碘蒸汽中钝化,形成一层碘化银.铝容易但缓慢氧化,直到达到约5纳米的厚度;人工老化过程中温度升高并不显著.
提高氧化物形成速度;可以在制造过程中通过阳极氧化形成厚的氧化物层.镀银石英晶振对碘蒸汽的暴露也可以在业余条件下使用,以稍微降低晶体频率;也可以通过刮去部分电极来提高频率,但这有损坏晶体和损失q的风险电极之间的DC电压偏置可能会加速初始老化,这可能是由于杂质通过晶体的诱导扩散.将电容与晶体串联,并将几兆欧姆的电阻并联,可以将这种电压降至最低.
