大自然中有非常多的结晶体矿物质种类，大概有340多种，部分属于珍稀晶体，但大部分在溶洞，水源附近和岩石上可以见到，大部分都被人类利用起来，电子产品上常用的石英晶振（Quartz Crystal）的原料就是这些结晶的矿物质。刚开始发现水晶和石英具有直接压电效应和逆压电效应时，都是采用天然的结晶生产晶振，后来因为天然的石英水晶无法再满足市场需求，且采集成本比较高，科学家们研发出了人工的晶体，代替原来的天然石英水晶。
在32个晶体类中，20个表现出压电效应（但这些中只有少数是有用的）。石英晶体缺乏对称中心。当力使晶格变形时，晶体中正电荷和负电荷的重心可以分离，从而产生表面电荷。压电效应可以提供电路与晶体的机械特性之间的耦合。在适当的条件下，“良好”的压电谐振器可以稳定振荡器电路的频率。
直接压电效应是由居里兄弟于1880年发现的。他们表明当重量放在石英晶体谐振器上时，充电出现在水晶表面;电荷的大小与重量成正比，而且很容易以低成本大量生长，并且具有相对较高的纯度和完美性。在1881年，说明了相反的压电效应;当向晶体施加电压时，晶体由于该效应引起的晶格应变而变形。当电压反转时，应变反转。
石英晶体是高度各向异性的，即，随着晶体学方向，性质变化很大。例如，当在氢氟酸中蚀刻石英球时，蚀刻速率沿最快蚀刻速率方向（2方向）比沿最慢方向（慢X方向）快100倍以上。石英的常数，例如热膨胀系数和弹性常数的温度系数，也随方向而变化。晶体单元可以具有零温度频率系数，这是弹性常数的温度系数从负值到正值的结果。
石英中零温度系数切割的轨迹如图7所示。选择X，I：和2方向以使属性描述尽可能简单。图5中的Z轴是石英中三重对称的轴;换句话说，当晶体围绕Z轴旋转时，物理性质每120“重复一次。切口通常有两个字母的名称，其中名称中的”T“表示温度补偿切口;例如，AT切割是第一个发现的温度补偿切口。FC-，IT-，BT-和RT-切割是沿零温度系数轨迹的其他切割。对于某些特殊属性，过去（在发现SC切割之前）对这些切割进行了研究，但今天很少使用。最高稳定性的石英晶体振荡器采用SC切割或AT切割晶体单元。

AT，FC。英尺。SC。BT。和RT cuts在我的kxi零温度系数削减。LC是一个Wwar wdficienf' wfmat用于fhennomefer。
Y-Cut：=+90ppmpc
（厚度剪切模式）
X-Cut：“-20ppmm
（伸展模式）

图7.零温度系数切割石英

因为时钟晶体单元的性质很大程度上取决于晶体板的切割角度，所以在晶体单元的制造中，板沿着相对于晶轴的精确控制的方向从石英棒上切割下来。通过X射线衍射检查板的取向。在某些应用中，必须以几秒角的精度控制方向。在成形为所需尺寸后，将金属电极施加到晶片上。具有圆形电极的圆形板是最常用的几何形状，尽管坯料和电极也可以是其他几何形状。电极晶片安装在支架结构中[38]。图8显示了用于频率大于1MHz的谐振器的两种常见类型的支架结构。（石英表中使用的32.768K音叉谐振器通常封装在小型管状外壳中。）由于石英是压电的，施加在电极上的电压会使石英板轻微变形。由交流电压引起的变形量取决于所施加电压的频率与晶体的自然机械共振的接近程度。为了描述谐振器的行为，必须用适当的方法求解牛顿运动连续体和麦克斯韦方程的运动定律的微分方程。

图8.AT切割和SC切割晶体单元的典型结构：（a）两点安装封装;（b）三点和四点安装包。

由于石英是各向异性的和压电的，具有十个独立的线性常数和许多高阶常数，因此这些方程很复杂，并且从未以封闭形式求解物理可实现的三维谐振器。几乎所有的理论着作都使用了近似值。非线性弹性常数虽小，但却是石英晶体振荡器的一些重要不稳定性的来源，如加速度灵敏度，热瞬态效应和幅频效应，本章将对其进行讨论。
在理想的谐振器中，振动的幅度在电极的中心处最大;如图9右下部分所示，它在电极外呈指数下降。在适当设计的谐振器中，安装和连接结构损失的能量可忽略不计，即谐振器的边缘必须无效能够具有高Q.谐振器表面上的点的位移与驱动电流成比例。在（例如，低频-MHz）厚度剪切SMD晶振中使用的典型驱动电流下，峰值位移大约为几个原子间距。（电极上的点的峰值加速度大约为100万g。）

图9带电极的圆板的谐振器振动幅度分布

现代科技发展速度越来越快，石英和水晶这种矿物质也发挥了更大的作用，石英晶体谐振器和石英晶体振荡器被应用到成千上万种不同的产品身上，而且种类也越来越多，相关的工艺和技术每年都在突破。时代在进步，晶振也在进步，从最初的音叉型32.768K到现在高端的OCXO振荡器，差分晶振，烤箱恒温晶体振荡器等类型，经历了几十年的发展变化。

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