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点击次数:38 发布时间:2019-08-15
   石英晶体微天平的工作原理是怎样的?
  石英晶体微天平实质上是一个适用于称量极小质量的物质的天平。是一种非常灵敏的质量检测仪器,其测量精度可达纳克级,比灵敏度在微克级的电子微天平高100倍,理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。系统主要由电子振荡电路、频率计数器和压电石英晶体3部分组成。可以实时测量芯片表面上吸附或损失的质量,因此非常适合测量诸如电子半导体器件或光学薄膜等薄膜沉积过程中膜的形成速率以及厚度。
  石英晶体微天平利用了石英晶体谐振器的压电特性,将石英晶振电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化,进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。石英晶体微天平具有的高灵敏度和实时测量质量改变的特点使其在化学和生物医学研究领域的应用备受关注。
  工作原理:
  石英晶体微天平是利用了石英晶体的压电效应,石英晶体内部每个晶格在不受外力作用时呈正六边形,若在晶片的两侧施加机械压力,会使晶格的电荷中心发生偏移而极化,则在晶片相应的方向上将产生电场;反之,若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形,这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,这种现象称为压电谐振。它其实与LC回路的谐振现象十分相似:当晶体不振动时,可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,一般约几个PF到几十PF;当晶体振荡时,机械振动的惯性可用电感L 来等效,一般L 的值为几十mH到几百mH。由此就构成了振荡器,电路的振荡频率等于石英晶体振荡片的谐振频率,再通过主机将测的得谐振频率转化为电信号输出。由于晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关,而且可以做得精确,因此石英晶体微天平利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。
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