石英晶体谐振器,是一种石英材质压电效应振荡器,人类电子科技史同时也是石英晶振的发展史。
早在1880年,法国物理学家居里兄弟皮尔(P·Curie)与杰克斯(J·Curie)发现了著名的石英晶体压电现象,即石英晶体在机械压力作用下,在两端表面之间会出现电势差的现象,对于这一成就,当时国际物理学界基于很高评价。今天,我们都知道,压晶体管可用来作为波的产生器与接收器,无论在军事上(如声纳)、工业上、工程上都具有广泛的用途。可是早在居里兄弟发现压电性后的三分之一世纪中,压电效应在应用上几乎没有受到任何重视。
直到1917年,贝尔实验室的Alexander M,Nicholson使用特殊晶体材料Rochelle Salt开发出第一个压控晶体振荡器,并于1918年注获得专利
时值第一次世界大战,盟军军舰受到德国潜艇的攻击大量受损,于是设法寻找有效侦测潜艇的方法。因为电磁波无法有效穿透海水,而声波则能容易地在海里行进,因此,1918年保罗·蓝杰文(P.Langevin)使用石英晶体切割的板材,研发出用于探测潜艇的早期声纳系统。石英两面各贴一钢片,使其振荡频率降到50KHz,外加一电脉波讯号,则经换能器转换成声波传至海底;过一段时间后,换能器接收到由海底反射之回波,由来回时间及波在海中行进的速度,可决定换能器到海底的距离。这个原理同样可测潜艇的位置。
1919年,卡迪(Cady)教授第一次利用石英当做频率控制器。因为晶体具有极高的Q值,振荡器的频率受到晶体共振频率的控制,且频率不随温度变化而变。
1923年 哈佛大学的皮尔士教授(G.W.Pierce)开发了一种晶体振荡电路,将晶体置于阀门/真空管的栅极和阳极之间,这是pierce振荡器配置的前身
1927年,伍德(R.W.Wood)与鲁密斯(A.L.Loomis)首先使用高功率超声波,使用蓝杰文型的石英换能器配合高功率真空管,在液体中产生高能量,使液体引起所谓的空腔(cavitation)现象。同时也研究高功率超声波对生物试样的效应。在这个水下音响(underwatersound)的研究中发现,石英晶体并不是很好的换能器材料,但是它的振荡频率却不随温度而变,亦即所谓的具有低的温度系数。这种频率对温度的高稳定性,用在控制振荡器的频率,及某些滤波器上最有用。
后来,皮尔士和皮尔士-米勒(Pierce-Miller)又发明一种以后广被采用的晶体控制振荡电路。在第二次世界大战中,大约使用了一千万个晶体振荡器,用以建立坦克与坦克之间及地面和飞机之间的通讯。
20世纪30年代,无线电台通过调谐电路控制其频率,广播电台的频率仅为10kHz,由频率漂移引起的相邻台站之间的干扰是一个常见问题,1925年西屋公司在其旗舰站KDKA安装了一个晶体振荡器,用于控制广播电台的频率,并受到业余无线电运营商的欢迎
1928年,贝尔电话实验室的沃伦马里森开发出第一个石英晶体钟,石英钟取代精密摆钟表作为世界上最准确的计时器,直到20世纪50年代开发出原子钟使用,
晶体是一种固体,其中组成的原子,分子或离子以规则有序的重复图案包装在三者中空间维度,当适当地切割和安装有源石英晶体时,可以通过施加电压使其在电场中变形到晶体附近或晶体上的电极该特性称为电致伸缩或反压电,石英在返回其先前的形状时产生电场这可以产生电压,结果是石英晶体的行为类似于RLC电路,由电感器,电容器和电阻器组成,具有精确的共振频率,贝尔实验室作为石英晶振行业的领军者,1934年发表了关于石英晶振的AT\BT切割工艺的论文。许多公司在此期间开始生产用于电子用途的石英晶体。
第二次世界大战后,水晶由天然石英晶体制成几乎全部来自巴西,战争期间因水晶造成的水晶短缺对军事和海军无线电和雷达的精确频率控制的需求刺激了战后研究合成石英的培养,到1950年贝尔实验室开发了一种用于在商业规模上生长石英晶体的水热工艺,到了20世纪70年代几乎所有的晶体用于电子产品是合成的.
1968年在北美航空公司工作的Juergen Staudte发明了一种用于制造石英晶体振荡器的光刻工艺,使石英晶体被制作的足够小,可以用于手表等便携式电子产品中
1969年日本Seiko Seikosha工厂(现在叫精工爱普生)推出世界上第一块石英手表,小尺寸晶振技术初在日本开始它的大量发展,并形成全球之势。
人们利用晶体的独特物理特性,加工成一个个标准的时钟晶振。从而应用到各种电子行业,给电子行业带来了一个历史的变革。随着人们技术水平的提高,晶振的精度和性能越来越高,体积也越来越小,晶振应用也由最初的军用产品,发展至今广泛用于消费电子、移动通讯设备、传感器、GPS定位、医疗器械、时钟模组、汽车电子等产品中。