মনো-ক্রিস্টালাইন কোয়ার্টজ

ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ পণ্য তৈরিতে ব্যবহৃত কোয়ার্টজ একটি অপ্রতিসম ষড়ভুজ আকারের মনো স্ফটিক।রাসায়নিকভাবে, কোয়ার্টজ হল সিলিকন ডাই অক্সাইড, SiO2 যা প্রাকৃতিকভাবে পৃথিবীতে সবচেয়ে বেশি পরিমাণে খনিজ হিসাবে উৎপন্ন হয়, যা পৃথিবীর পৃষ্ঠের প্রায় 14% গঠন করে।

আধুনিক ইলেকট্রনিক্স শিল্পে মনো ক্রিস্টালাইন কোয়ার্টজের তাৎপর্য হল এর পাইজোইলেকট্রিসিটির সম্মিলিত বৈশিষ্ট্য, উচ্চ যান্ত্রিক এবং রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, অনুরণনে খুব উচ্চ Q এবং সিন্থেটিক উপাদানে অত্যন্ত উচ্চ স্তরের বিশুদ্ধতা তৈরির আধুনিক কম খরচের পদ্ধতি।

ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতির ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণের প্রধান উপাদান হিসেবে কোয়ার্টজ এখন অপরিহার্য এবং সিজিয়াম এবং রুবিডিয়ামের মতো প্রাথমিক পারমাণবিক মান দ্বারা দীর্ঘমেয়াদী নির্ভুলতার জন্য এটিকে অতিক্রম করে।

তবুও মেমস, মাইক্রো ইলেক্ট্রো মেকানিক্যাল সিস্টেম এবং নেমস, ন্যানো-ইলেক্ট্রো মেকানিক্যাল সিস্টেমের সাম্প্রতিক বিকাশ, আইসি তৈরির জন্য ব্যবহৃত সিলিকন সাবস্ট্রেটগুলির সাথে সাধারণ ঘড়িগুলির একীকরণের সাথে ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণের বাজারে বিপ্লব ঘটাতে প্রস্তুত৷

এই ক্ষুদ্র যন্ত্রগুলি অনিবার্যভাবে সমস্ত সাধারণ ঘড়িগুলিকে প্রতিস্থাপন করতে পারে যা কম খরচে অতিরিক্ত নির্ভরযোগ্যতা প্রদান করে এবং যেখানে ন্যূনতম সময় নির্ভুলতা একটি প্রয়োজন।

এর মৌলিক রাসায়নিক আকারে সিলিকন ডাই অক্সাইড ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহার করা যাবে না এবং এটি অবশ্যই মনো স্ফটিক কাঠামোর হতে হবে যেখানে এটি তার অসমমিতিক ফর্মের কারণে ব্যবহারযোগ্য পাইজোইলেকট্রিক গুণাবলী প্রদর্শন করে।1880 সালে প্যারিসের সোরবোনে কুরি ভাইদের দ্বারা মনো স্ফটিক কোয়ার্টজে পাইজোইলেকট্রিসিটি (গ্রীক পিজেইন 'প্রেস') আবিষ্কার করা হয়েছিল।

তবে 1917 সাল পর্যন্ত এই সম্পত্তিটি ব্যবহারিক প্রয়োগে ব্যবহার করা হয়নি যখন ফ্রান্সের অধ্যাপক ল্যাঙ্গেভিন এবং ওয়েস্টার্ন ইলেকট্রিকের এএম নিকলসন সমুদ্রে সাবমেরিন সনাক্তকরণের জন্য স্বাধীনভাবে সোনার ট্রান্সসিভার ডিজাইন করেছিলেন।

নিকলসন পরে কোয়ার্টজ এবং রোচেল সল্ট উভয় ব্যবহার করে অ্যাপ্লিকেশনের জন্য বেশ কয়েকটি পেটেন্ট ফাইল করেন।এই পরবর্তী উপাদানটি শব্দ তরঙ্গ এবং বৈদ্যুতিক উদ্দীপনায় দৃঢ়ভাবে সাড়া দিয়েছিল এবং নিকলসন মাইক্রোফোন, লাউডস্পিকার এবং ফোনোগ্রাফ পিক-আপের নকশায় অন্তর্ভুক্ত করেছিলেন।নিকোলসন যখন ভ্যাকুয়াম টিউব অসিলেটরের ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণের জন্য পাইজো বৈদ্যুতিক উপকরণ ব্যবহারের প্রস্তাব করেছিলেন তখন ওয়েসলেয়ান বিশ্ববিদ্যালয়ের ডঃ ওয়াল্টার ক্যাডি ছিলেন যিনি 1923 সালে ক্রিস্টাল নিয়ন্ত্রিত অসিলেটরের জন্য প্রথম পেটেন্ট দাখিল করেছিলেন।

হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটির অধ্যাপক জি ডব্লিউ পিয়ার্স প্রায় এই সময়ে ক্রিস্টাল অসিলেটর ডেভেলপমেন্টে আরও কাজ করেন।পিয়ার্সের প্রধান কৃতিত্ব ছিল একটি ক্রিস্টাল নিয়ন্ত্রিত অসিলেটরের ডিজাইন যা শুধুমাত্র একটি ভ্যাকুয়াম টিউব ব্যবহার করে এবং ক্রিস্টাল ছাড়া অন্য কোনো টিউন করা সার্কিট ছিল না।

1920-এর দশকের গোড়ার দিকে ক্রিস্টাল অসিলেটর ডেভেলপমেন্ট এবং রেডিও প্রযুক্তি স্থিরভাবে পাশাপাশি এগিয়েছিল।এই প্রারম্ভিক দিনগুলিতে ক্রিস্টাল অসিলেটরগুলির জন্য প্রধান অ্যাপ্লিকেশনগুলি সময়ের মান হিসাবে ব্যবহারের জন্য ছিল এবং এটি প্রায় 1926 সাল পর্যন্ত একটি রেডিও ট্রান্সমিটারের ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণ করতে ক্রিস্টাল অসিলেটর ব্যবহার করা হয়নি।এটি নিউইয়র্কের WEAF রেডিও স্টেশনে করা হয়েছিল যা AT এবং T এর মালিকানাধীন ছিল।

বেল টেলিফোন ল্যাবগুলি যারা AT&T-এর অংশ ছিল এবং যুক্তরাজ্যের মার্কনি কোম্পানি এবং SEL জার্মানির সাথে 1930-এর দশকে ক্রিস্টাল প্রযুক্তিতে অনেক উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি অর্জন করেছিল।1934 সালে বেল ল্যাবসের মেসার্স ল্যাক অ্যান্ড উইলার্ড এটি কাট এবং বিটি কাট ক্রিস্টাল আবিষ্কার করেন যা যোগাযোগ শিল্পকে ব্যাপকভাবে উন্নত ফ্রিকোয়েন্সি বনাম তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা স্ফটিক দেয়।

স্ট্রেস কমপেনসেটেড কাটের একটি নতুন পরিবার আবিষ্কারের সাথে উন্নত সিলিং এবং উত্পাদন কৌশলগুলি সাম্প্রতিকতম ইনভার্টেড মেসা প্রক্রিয়া এবং ক্রিস্টাল এবং অসিলেটরগুলির ক্ষুদ্রকরণের সাথে গত দশকে করা কিছু অগ্রগতির মধ্যে রয়েছে।

পাইজোইলেক্ট্রিক পদার্থগুলি যখন চাপের শিকার হয় তখন একটি দিকনির্দেশকভাবে সম্পর্কিত বৈদ্যুতিক চার্জ প্রদর্শন করে এবং বিপরীতভাবে একটি বৈদ্যুতিক চার্জ প্রয়োগের ফলে উপাদানের মধ্যে একটি দিকনির্দেশকভাবে সম্পর্কিত বল তৈরি হয়।একটি বিকল্প বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রয়োগের ফলে উপাদানটি কম্পিত হবে এবং পরবর্তীতে যান্ত্রিকভাবে অনুরণিত হবে।যেকোন যান্ত্রিক অনুরণনের ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানের ভৌত মাত্রা, 'কাট কোণ' মূল মনো স্ফটিক স্ফটিকের স্ফটিক অক্ষ, পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা এবং সংশ্লিষ্ট যান্ত্রিক বা বৈদ্যুতিক উপাদানগুলির যে কোনও পরিবর্তনকারী প্রভাব দ্বারা নির্ধারিত হয়।

ক্রিস্টালাইজড কোয়ার্টজের বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে এর উচ্চ রাসায়নিক এবং যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা এবং একটি নিম্ন তাপমাত্রার গুণাঙ্ক, যার ফলে পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার যে কোনও পরিবর্তনের জন্য অনুরণিত ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি ছোট পরিবর্তন হয়, একই সাথে অনুরণনে খুব উচ্চ Q সহ।এটি প্রাকৃতিকভাবে ঘটে এবং সমস্ত প্রাথমিক পরীক্ষামূলক কাজ প্রাকৃতিক স্ফটিকযুক্ত কোয়ার্টজ ব্যবহার করে করা হয়েছিল।

যাইহোক, প্রাকৃতিকভাবে সৃষ্ট ক্রিস্টালাইজড কোয়ার্টজ অমেধ্য, বুদবুদ, ফাটল এবং টুইনিং এর অন্তর্ভুক্তিতে ভোগে, যা ফ্রিকোয়েন্সি নিয়ন্ত্রণে ব্যবহারের জন্য এর মান কমিয়ে দেয় কারণ এগুলো Q ফ্যাক্টরকে হ্রাস করে।তাই যমজ এবং অমেধ্য থেকে মুক্ত স্ফটিক কোয়ার্টজের একটি বিশুদ্ধ ফর্ম তৈরি করার জন্য সিন্থেটিক কোয়ার্টজের উত্পাদন প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল।

সিন্থেটিক কোয়ার্টজ একটি অটোক্লেভে Si O2 এর একটি স্যাচুরেটেড দ্রবণ থেকে আনুমানিক 400°C তাপমাত্রায় এবং 1000Kg/cm2 চাপে একটি সুপার স্যাচুরেটেড দ্রবণ তৈরি করা হয়।

সিন্থেটিক কোয়ার্টজ তৈরির প্রক্রিয়াটিকে হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি বলা হয় যাতে প্রি-ওরিয়েন্টেড মনো ক্রিস্টালাইন কোয়ার্টজের প্রস্তুত বীজ প্লেটগুলিকে স্যাচুরেটেড দ্রবণে স্থগিত করা হয় এবং দ্রবণের তাপমাত্রা কমিয়ে পরীক্ষাগার নিয়ন্ত্রিত অবস্থায় বড় ক্রিস্টালের বৃদ্ধি পাওয়া যায়। অমেধ্য কমানো এবং উপাদানের দরকারী ভলিউম সর্বাধিক করা।

সর্বাধিক বিশুদ্ধতা অর্জনের জন্য সিন্থেটিক উপাদানের বৃদ্ধির হার প্রতিদিন 1 মিমি বা তার কম।ইলেকট্রনিক সার্কিটে ব্যবহারের জন্য কোয়ার্টজ রেজোনেটর তৈরি করা হয় ক্রিস্টালাইন কোয়ার্টজকে ওয়েফার (বা ফাঁকা জায়গায়) কেটে, ওয়েফারের প্রতিটি পাশে ইলেক্ট্রোড বসিয়ে এবং অনুরণন যন্ত্রটিকে একটি উপযুক্ত ধারকের মধ্যে আবদ্ধ করে।কোয়ার্টজ ওয়েফারের মাত্রা মূলত রেজোনেটর ফ্রিকোয়েন্সি নির্ধারণ করে যদিও এটি ইলেক্ট্রোডের আকার এবং বেধ এবং সংশ্লিষ্ট বৈদ্যুতিক সার্কিট্রি দ্বারা প্রভাবিত হয়।

রেজোন্যান্ট ফ্রিকোয়েন্সির যথার্থতা এবং চূড়ান্ত অনুরণন ইউনিটের জন্য প্রয়োজনীয় নিম্ন তাপমাত্রা সহগ অর্জনের জন্য স্ফটিক অপটিক্যাল অক্ষে ওয়েফার 'কাট' এর অভিযোজন গুরুত্বপূর্ণ।'কাট' ফ্রিকোয়েন্সি/তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য তৈরি করবে যা হয় দ্বিতীয় ক্রম (চতুর্মুখী) বা তৃতীয় ক্রম (ত্রিদেশীয়) এবং তাই বৈশিষ্ট্যগুলি একক বা ডবল টার্ন ওভার পয়েন্ট প্রদর্শন করবে।