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脉冲磁控溅射法制备石英晶体谐振器的研究的开题报告一、研究背景与意义石英晶体谐振器是一种晶体振荡器，具有体积小、频率稳定、温度稳定等优点，在现代通信、导航、计时、测量等领域得到了广泛应用。
其主要制备方法有机械加工、电化学腐蚀、化学气相沉积等多种方法。
而脉冲磁控溅射法是一种利用气体放电发生等离子体，通过磁场控制等离子体和靶材间相互作用产生高能粒子撞击靶材表面，使靶材表面原子或分子离开靶材并沉积在基底表面上的技术，被广泛应用于材料制备领域，具有高纯度、均匀性好、沉积速率快、可控性高等优点。
因此，将脉冲磁控溅射法应用于制备石英晶体谐振器，具有制备成本低、效率高、质量稳定等优点，具有较大的研究价值和实际应用前景。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是采用脉冲磁控溅射法制备石英晶体谐振器。
具体包括以下几个方面：1. 分析石英晶体谐振器的结构和原理，并研究脉冲磁控溅射技术在制备石英晶体谐振器中的应用。
2. 优化脉冲磁控溅射法的工艺参数，如气体流量、沉积时间、功率等，获得稳定且高质量的石英晶体谐振器。
3. 对比传统制备方法和脉冲磁控溅射法制备的石英晶体谐振器的性能差异，例如振荡频率稳定性、质量因数等。
4. 探究脉冲磁控溅射法制备石英晶体谐振器的工艺机理和成分特征，为进一步优化工艺和提高性能提供参考。
本研究的目标是通过脉冲磁控溅射法制备出高质量的石英晶体谐振器，优化工艺参数，提高制备效率和性能稳定性。
三、研究方法1. 研究石英晶体谐振器的结构和原理，分析其关键性能指标，如振荡频率、质量因数等。
2. 使用脉冲磁控溅射设备，制备石英晶体谐振器。
探究气体流量、沉积时间、功率等工艺参数对制备石英晶体谐振器的影响，并优化工艺参数，获得稳定且高质量的石英晶体谐振器。
3. 测量和分析石英晶体谐振器的关键性能指标，包括振荡频率、质量因数等，并对比传统方法和脉冲磁控溅射法制备的石英晶体谐振器的性能差异。
4. 使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪等仪器，对制备的石英晶体谐振器进行成分特征和工艺机理研究。
石英晶体振荡器实验报告学号 200805120109 姓名 刘皓 实验台号实验结果及数据（一） 静态工作点（晶体管偏置）不同对振荡器振荡频率、幅度和波形的影响 1、把单刀开关K2闭合，用示波器和频率计在c 点监测。
调整DW 1，使振荡器振荡；微调C 2，使振荡频率在4MHz 左右。
2、调整DW 1，使BG 1工作电流E Q I 逐点变化，E Q I 可用万用表在A 点通过测量发射极电阻R 4两端的电压得到（R 4=1k Ω）。
振荡器工作情况变化及测量结果如表1所示：表1 静态工作点变化对振荡器的影响（二）2C 取值不同对振荡器振荡频率范围的影响2C 变化对振荡器的影响 测量条件：E Q I = 1.5 m A保持4.433MHz 基本不变（三）负载变化对振荡器的影响1、K 1断开的情况下，将振荡器的振荡频率调整到4MHz 左右，此时频率osc f = 4.433 MHz ，幅度opp V = 2.92 V 。
2、将K 1分别接1—2、1—3、1—4的位置，即接入不同的负载电阻R 5，测得的相应的频率和幅度及计算结果如表3所示。
表3 负载变化对振荡器的影响 测量条件：osc f =4.433 MHz ，幅度opp V =2.92 V由表3知：负载变化对振荡器工作频率的影响是： 几乎没有影响。
负载变化对振荡器输出幅度的影响是： 随着负载阻抗的减小，输出幅度略微减小。
（四）比较负载变化对LC 正弦波振荡器和石英晶体振荡器的不同影响负载变化对LC 正弦波振荡器的影响比较明显。
而对石英晶体振荡器的影响很小。
这主要是由于石英晶体振荡器的稳定性很高。
思考题晶体振荡器的振荡频率比LC 振荡器稳定得多，为什么？ 答：因为（1）石英晶体谐振器具有很高的标准性。
（2）石英晶体谐振器与有源器件的接入系数 ，受外界不稳定因素的影响少。
（3）石英晶体谐振器具有非常高的Q 值，维持振荡频率稳定不变的能力极强。
石英晶体谐振器工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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Ｖｏｌ．１０Ｎｏ．８Ａｕｇ．２００８
第１０卷第８期
２００８年８月
ｗｗｗ．ｅｃｄａ．ｃｎ２００８．８
０引言
通讯技术的发展，使得频带资源越来越紧
张。
而随着通讯技术向高频、高稳定性方向发展，高频通讯领域广泛应用的石英器件，由于采用高次泛音晶体或低频晶体多倍频次数的石英晶体振荡器的压控能力差或相噪差，其应用受到很大的限制；而采用高频晶体、低倍频次数的晶振，由于其相噪和压控特性好，其需求量越来越大。
目前国内很多厂家已经或准备开发高频晶体，但还没有取得突破性进展，产品技术水平不高，也没有形成规模生产能力。
因此，各通讯设备制造商仍需大量从国外进口。
为此，本文针对通讯中常用的１５５．５２ＭＨｚ晶体作了一些工艺摸索和试验，试制了基波１５５．５２
ＭＨｚ和３次泛音１５５．５２ＭＨｚ晶体谐振器。
１
关键技术问题分析
１．１
芯片
高基波芯片有平片和反台阶式两种。
平片可
以用精密研磨和化学腐蚀的方法加工，优点是不需特殊设备，成本较低，缺点是受加工精度和芯片机械强度的限制，频率上限较低，基频频率一般在１００ＭＨｚ以下，目前国内水平可以达到７０
ＭＨｚ；另外，由于片太薄，后道加工困难，易碎
片，晶体的抗震动能力和可靠性也较差。
而反台阶芯片由于芯片边缘较厚的部分可用作支撑，机械强度高，可靠性好，加工时，采用离子轰击或
化学刻蚀的方法，频率可以做得很高，但由于需要采用特殊的加工设备和加工工艺，难度较大，成本较高；因此，目前国内反台阶芯片的加工技术还不成熟。
根据以上情况，基波１５５．５２ＭＨｚ晶体我们选用了进口反台阶芯片，而３次泛音１５５．５２
ＭＨｚ晶体则采用平片。
１．２
电极尺寸
生产高频晶体的主要难点是电阻、Ｑ值和寄生抑制，这其中电极的设计是关键。
为抑制寄生，电极的设计应满足能陷理论，但对于基波和
３次泛音１５５．５２ＭＨｚ晶体，按照能陷理论设计出
的电极和返回量均远超出目前的工艺水平。
为了得到较好的综合技术指标，我们根据晶体设计的相似性原理和以往经验，按照常规晶体的设计参数推算，基波１５５．５２ＭＨｚ晶体的电极约为Φ０．４
ｍｍ、３次泛音１５５．５２ＭＨｚ晶体的电极约为Φ１．０
ｍｍ。
结合目前生产工艺，设计时最终确定基波
晶体用Φ０．６ｍｍ电极、３次泛音晶体用Φ１．０ｍｍ电极。
电极引线设计成扇形，扇角为６０°，以减小引线电阻和抑制寄生。
１．３返回量
按照上述电极尺寸和能陷理论计算出的晶体
返回量分别为：基波０．０１２，３次泛音０．０１３。
这一返回量太小，实际工艺难以实现。
另外从晶体的质量负载效应考虑，高基波晶体的返回量也是越小越好。
但返回量太小时，电极的导电性较差，会造成晶体电阻急剧增大。
根据资料，金属膜厚度达到３００Ａ。
以上才能形成连续的导电膜；而要具有较好的导电性，膜厚还要增加。
鉴于以上情
收稿日期：２００８－０６－０６
高频石英晶体谐振器的研制
张振友，张会勇，李肖刚
（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北
石家庄
０５００８１）
摘
要：高频通讯加大了谐振器的设计和制造难度。
文中总结了高频１５５．５２ＭＨｚ石英晶体谐
振器的设计和试制过程，对其关键技术问题进行了分析和试验，同时给出了部分试验数据。
关键词：石英晶体；晶体谐振器；高频
技术前沿
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ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔ＆ＤｅｖｉｃｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
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期
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况，最终我们通过试验最终确定膜厚为６００Ａ。
，这样，在能得到最佳电阻和Ｑ值时，其对应的被金膜的返回量为０．５。
１．４电极引线处理
由于高基波晶体电极很小且电极引线相对细
长，因此，电极电阻主要是引线造成的。
为进一步减小导电电阻而又不增加质量负载，设计时应对电极引线进行加厚处理，以使晶体的等效电阻减小约１倍，从而取得良好效果。
２
试制结果及分析
２．１
主要参数
表１列出了典型１５５．５２ＭＨｚ基波晶体与３次泛
音晶体的电阻、Ｑ值、寄生抑制等参数。
从表中数据可见，３次泛音晶体的指标好于基波晶体，其Ｑ值高、寄生小；但基波晶体的指标虽较差，也能满足一般振荡晶体的要求。
将其安装于晶振试用后，基波晶体的电路简单、调整容易；３ｒｄ
晶体电路较复杂、调整有一定难度。
基波晶体的压控范围可达±１００ｐｐｍ，适用于压控晶振；３ｒｄ晶体压控范围仅可达到±２０ｐｐｍ，达不到一般压控晶振的要求，故可应用于高频普通晶振。
２．２老化
图１给出了１５５．５２ＭＨｚ基波晶体和３次泛音晶
体在８５℃下的老化曲线。
从以上老化曲线看，基波１５５．５２ＭＨｚ晶体老化较差且测试不准，预计其年老化率小于３ｐｐｍ，能满足压控晶振的一般要求；而３次泛音１５５．５２
ＭＨｚ晶体的老化明显优于基波晶体。
２．３
相噪
图２是采用基波晶体、３次泛音晶体的１５５．５２
ＭＨｚ晶振及８倍频１５５．５２ＭＨｚ晶振的相噪曲线。
由
图可见，采用基波晶体的１５５．５２ＭＨｚ晶振相噪最好，而３ｒｄ晶体的Ｑ值虽高，但用于晶振相噪反而比基波晶体差；作为对比的８倍频方案晶振的相噪则更差。
３
遗留问题
３．１
频差
由于晶体频率高，杂散电容影响大、质量负
表１
１５５．５２ＭＨｚ基波与３次泛音晶体的主要参数对比
基波１５５．５２ＭＨｚ晶体
３次泛音１５５．５２ＭＨｚ晶体
编号
电阻Ω
Ｑ值Ｋ寄生抑制ｄｂ
编号
电阻Ω
Ｑ值ｋ寄生抑制ｄｂ
１＃１４．７２１．１－４．３１＃５０４７－７．３２＃１４．４２３．２－７．７２＃３３．２５６－７．１３＃１３．３２５．０－７．７３＃３６．８６１－５．６４＃１２．２２９．５－６．１４＃４２．８５６－２１．５５＃
１１．１
２６．３
－４．６
５＃
３３．６
６６
－６．１
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为了保证两种极限情况下舵机都能正常工作，设计时应取较长的延时，本文采用中断法延时２．８ｍｓ。
４
应用验证
为验证其正确性，可将上述８路ＰＷＭ联动控制算法应用于自行设计的双足步行机器人。
本验证采用ＰＣ机为上位机向运动控制器输送ｎ值，运动控制器经过并行运算来控制双足步行机器人各关节舵机转角所需要的目标值，从而完成稳定的
直线前进、转弯、上楼梯等动作。
双足步行机器人直线前进过程如图３所示。
５
结束语
本文通过选用５１系列单片机并利用并行运算
机制成功产生了８路ＰＷＭ信号波形，并对ＣＰＵ执行完８个位的下降沿操作后进行了延时分析与计算。
实际验证表明，在没有增加额外硬件情况下，该运动控制器可以满足双足步行机器人直线前进、转弯、上楼梯等运动的控制要求。
图３双足步行机器人直线前进过程
载效应显着，故其测试误差大、生产中各工艺过程对晶体频率的影响也大，晶体频差不易控制。
基波１５５．５２ＭＨｚ晶体尤其严重。
这将是批量生产时的难点和必须解决的问题。
３．２调频
由于电极尺寸太小，调频时不易对正电极。
批量生产时必须进一步提高设备和夹具精度，才能保证晶体指标。
３．３电极材料
由于被金晶体的精度高、质量好、工艺成
熟，所以，本次试验选用金做电极。
考虑到质量负载效应，用密度小得多的铝做电极时，对高频晶体的电阻、Ｑ值、寄生等指标一定会有明显改善，但被铝晶体批量生产存在工艺难题。
４结束语
从以上试验结果看，高频基波晶体的相噪
好、压控范围宽、电路简单，易于实现晶振批量生产，缺点是老化稍差、晶体生产难度大、成本高；三次泛音高频晶体老化好、晶体生产的难度较小、成本低，缺点是压控窄限制了应用范围，
相噪稍差，电路较复杂，晶振批量生产的难度大。
可根据不同的应用场合选择合适的方案。
（上接第７４页）
技术前沿
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