Применяются два основных метода оценки качества кристаллов кварца, предназначенных для производства.

Первый метод базируется на прямом измерении добротности кристаллических элементов АТ-среза диаметром 14 мм, имеющих форму плосковыпуклой линзы с радиусом сферы R= 50 мм на частоте 5 МГц (n=5) или двояковыпуклой линзы с R=30 мм на основной частоте 1 МГц (n=1) и изготовленных из представительного кристалла одного промышленного съема. Второй метод основан на косвенном определении добротности через коэффициент инфракрасного поглощения a, измеряемый в диапазоне волновых чисел υ=l^-1 =3400….3600 см^-1 на плоскопараллельных пластинах (или секциях).

Коэффициент поглощения ИК-излучения измеряется на инфракрасном спектрофотометре. Метод прост и удобен и почти полностью заменяет прямые измерения добротности. Водород является самой важной примесью в виде ОН-группы, оказывающей влияние на акустические потери при комнатной температуре, обуславливая полосы поглощения 3500, 3585, 3410 см^-1 .

Коэффициент поглощения (экстинкции):

α₃₅₈₅= lg ( τ₃₉₀₀ / τ₃₅₈₅ ) / d, (1,1)

где τ_3900, τ₃₅₈₅ – коэффициенты пропускания при 3900 и 3585 см^-1 , d – толщина образца в см. Аналогично определяются коэффициенты поглощения α₃₅₀₀ и α₃₄₁₀ , которым соответствует определенное значение добротности Q. Добротность и коэффициенты поглощения кварца по сортам приведены в таблице 1.

Таблица 1- Нормируемые значения добротности Q и коэффициента поглощения a кварца

Сорта Аа, А и В рекомендуются для произ­водства изделия высшего качества. Сорт С подходит для производства высокочастотных изделий, требующих хороших ТЧХ, а также низких значений коэффициента ИК-поглощения α. Сорта D и Е в боль­шинстве случаев применяют для изготовления низкочастотных изделий, для которых первостепенное значение имеют большие размеры кристалла и низкая стоимость.

Определение спектральных характеристик пропускания кристаллов производится на спектрофотометре ИКС-29.

1.2. Инфракрасный спектрофотометр ИКС-29

Принцип действия спектрофотометра при работе по двухлучевой схеме основан па нулевом методе. Световой поток от источника излучения направляется двумя пучками, в одном из которых по­мещается исследуемый образец, в другом — фотометрический клин и образец сравнения. Фотометрические свойства световых пучков одинаковы.

Оба пучка направляются на зеркальный модулятор, который попеременно пропускает их в монохроматор.

При отсутствии поглощения в обоих пучках на болометр по­падают световые потоки одинаковой интенсивности, на входе усилительной системы при этом сигнал отсутствует.

При наличии поглощения в одном из пучков на болометр попадают потоки различной интенсивности, в результате чего воз­никает переменный сигнал, частота которого равна частоте пре­рывания.

Этот сигнал после усиления и преобразования подается на обмотку электродвигателя отработки, который перемещает фото­метрический клин, уменьшая до нуля возникшую разность ин­тенсивностей пучков.

Фотометрический клин механически связан с пишущим уст­ройством СПП-4 (пером), которое, перемещаясь, регистрирует на бланке величину пропускания.

В однолучевом режиме прибор работает при электрическом разбалансе мостовой схемы. Оптическая схема спектрофотометра представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Оптическая схема спектрофотометра ИКС-29

В качестве источников излучения для спектрофотометра ис­пользуется дейтериевая лампа 1 - для работы в области спектра от 190 до 340 нм и галогенная лампа 3 - для работы в области спектра от 340 до 1100 нм.

Смена источников излучения производится автоматически при помощи плоского зеркала 2, которое в рабочем положении пере­крывает световой поток от лампы 1, направляя на входную щель монохроматора световой поток от лампы.