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來源：http://www.jqhs.com.cn 作者：康比電子 2024年02月20
Q-Tech輻射對晶體和振蕩器的影響
輻射基礎(chǔ)知識
首先，我們所說的輻射是什么意思？就我們的目的而言，輻射是指活力以亞原子粒子或電磁波的形式穿越空間。亞原子粒子包括電子、中子、質(zhì)子和離子。為了混淆起見，電子有時被稱為β粒子，氦離子被稱為α粒子。電磁的波，按頻率升序和波長降序排列包括:無線電波, 微波, 紅外線的, 可見光, 紫外線的, 光檢查和伽馬輻射。
致電離輻射
我們所關(guān)心的輻射種類被稱為電離輻射，因為它們攜帶的能量足以通過電離損壞電子元件原子或者分子通過分離電子從它們那里（從而使所討論的原子或分子帶電）。考慮到電磁波，電磁波攜帶的能量隨著波的頻率增加（或波長減少）而增加。可見光、微波和無線電波等低頻波通常不會攜帶足夠的能量來損壞電子電路（或生物），但隨著頻率上升，X射線，尤其是伽馬射線，可能會造成損害。請記住，電磁波也可以描述為由稱為光子的粒子組成。可見光光子攜帶一定量的能量是沒有問題的，但伽馬射線光子攜帶高得多的能量水平是有問題的。任何具有實際質(zhì)量的輻射粒子（光子是無質(zhì)量的），如電子、質(zhì)子、中子和離子都攜帶足夠的能量，這是一個問題。
關(guān)鍵輻射測量值
鑒于輻射暴露所涉及的能量數(shù)量的重要性，我們需要知道它是如何表征和量化的。常用的度量單位有兩種。首先，我們有所謂的能量通量，它用于描述一段時間內(nèi)的照射量，單位為每平方厘米MeV，或簡稱MeV（百萬電子伏特）。接下來是對材料吸收的輻射累積劑量（TID）的測量，單位為克拉（千拉德）。在這一點上不要太擔(dān)心細(xì)節(jié)，但知道我們將使用什么術(shù)語是有用的。
用于太空的石英晶體諧振器和石英晶體振蕩器必須考慮輻射的影響。輻射有多種類型，對任何特定電子元件是否可用于任何特定空間環(huán)境和應(yīng)用的分析既詳細(xì)又復(fù)雜。
Q-Tech輻射對晶體和振蕩器的影響
輻射對石英晶體的影響
輻射對石英晶體的影響
有兩件事需要考慮，首先是輻射對石英晶體諧振器的影響，然后是輻射對振蕩器電路中所有其他元件的影響。在本節(jié)中，我們將討論前者。關(guān)于石英晶體本身，好消息是，與許多電子元件不同，石英晶體諧振器不會死亡，在任何合理可預(yù)見的情況下，它都不會因輻射而停止工作。唯一會徹底破壞晶體的是如果它受到足夠高水平的機械沖擊而實際上使晶體破裂，這是可能的，但不是在任何正常的太空飛行條件下。
可能發(fā)生的情況是某些種類的輻射和輻射量會改變石英晶體諧振器的頻率。頻率變化量通常不會過多，但會根據(jù)許多變量而變化，包括晶體的頻率、晶體的品質(zhì)因數(shù)（Q）、晶體的切割類型、輻射類型和輻射量。頻率變化主要來自嵌入二氧化硅石英晶格中的非常少量的雜質(zhì)。這些各種可能的雜質(zhì)可以在石英內(nèi)被去除和移動，導(dǎo)致微小的頻率變化。
電子用途的石英是在非常高的溫度和壓力條件下合成生長的。在這種石英晶振的生長方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，輻射引起的頻率變化已經(jīng)大大減少。除此之外，用于太空諧振器的石英還要經(jīng)過一種叫做“掃描”的特殊工藝。
“掃描”石英棒涉及將它們置于1000V/cm（400V/inch）的非常高的單向DC靜電場，同時將它們暴露于約500°C的非常高的溫度并監(jiān)測電流。這種“清掃”導(dǎo)致許多雜質(zhì)通過石英棒遷移到邊緣，然后用鋸子切斷這些邊緣，留下純石英棒，稱為“清掃石英”。純化的石英棒具有改善的輻射不敏感性。因此，大多數(shù)晶體的空間級規(guī)格（幾乎所有）都規(guī)定必須使用掃描石英。
使用這種高可靠性的掃描石英，在大多數(shù)輻射環(huán)境中，用于最精密晶體振蕩器（通常是OCXOs（恒溫晶體振蕩器）中的SC切割晶體）的諧振器通常僅改變幾個或幾個PPB（十億分之一）的頻率。當(dāng)很好地描述和理解時，這種頻率變化是可以處理的。在精度較低的XO（簡單晶體振蕩器）中使用的典型晶體諧振器通常會改變幾個或幾個PPM（百萬分之一）的頻率，由于這些XO的容差通常約為50 PPM，這也可以處理。事實上，高質(zhì)量石英棒的增長勢頭非常好，許多公司都在XOs中使用非掃描石英，用于一些要求較低的空間環(huán)境。
使用這種高可靠性的掃描石英，在大多數(shù)輻射環(huán)境中，用于最精密晶體振蕩器（通常是OCXOs（恒溫晶體振蕩器）中的SC切割晶體）的諧振器通常僅改變幾個或幾個PPB（十億分之一）的頻率。當(dāng)很好地描述和理解時，這種頻率變化是可以處理的。在精度較低的XO（簡單晶體振蕩器）中使用的典型晶體諧振器通常會改變幾個或幾個PPM（百萬分之一）的頻率，由于這些XO的容差通常約為50 PPM，這也可以處理。事實上，高質(zhì)量石英棒的增長勢頭非常好，許多公司都在XOs中使用非掃描石英，用于一些要求較低的空間環(huán)境。
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