在石英晶體微天平儀器的技術指標和實驗描述中，總是會以基頻為參考指標。 常見的基頻為5-10 MHz，也可以是15 MHz、30 MHz甚至更高。基頻真的重要嗎？我們將在此文中詳細說明并解釋石英晶體微天平的基頻對測量的意義。
與石英晶體微天平基頻相關的屬性和性能
石英晶體微天平的基頻f0指的是石英晶體可以被激發引起振蕩的最低頻率。這個特定頻率與幾個關鍵屬性相關，例如：

1. 芯片厚度，h
2. 理論質量靈敏度，C
3. 傳感深度，δ
4. 諧頻共振頻率

1. 芯片厚度
如式(1)所示，基頻與芯片的厚度h成反比�；�頻越高，芯片越薄。例如，一個5 MHz的芯片厚度約為334μm，一個10 MHz的芯片厚度為其一半，厚度約為167 μm。

2. 理論質量靈敏度
如式(2)所示，根據Sauerbrey方程，石英晶體微天平的質量靈敏度C與基頻的平方成反比。理論上，這意味著基頻越高，靈敏度越好，即可以檢測到更小的質量變化。例如，5 MHz和10 MHz芯片的理論質量靈敏度分別為17.7 ng/cm²和4.4 ng/cm²，這意味著10MHz芯片對給定表面質量的頻率響應是5MHz芯片的4倍。
從靈敏度的角度來看，高的基頻似乎非�？扇�。然而，在實踐中，事情并非如此簡單。有幾個因素使得高基頻并不是更好的選擇。
首先，如前所述，基頻越高，芯片越薄。當基頻高到一定程度時，芯片會變得非常薄和脆弱，以至于無法獨立使用¹。
其次，頻率越高，測量時的噪聲越大。這有幾個原因： 一是制造過程中，芯片的平整度和厚度缺陷是無法完全避免的。芯片的厚度越薄，對共振質量的負面影響越大。 此外，驅動和測量電子設備中的噪聲水平隨頻率的增加而上升，從而導致測量的不確定性。
考慮到上述情況，人們可能會認為厚的芯片（低基頻）是理想的。 然而，事情也并非那么簡單。 所有晶體都有例如位錯和雜質等缺陷。 這些缺陷會對共振質量產生負面影響，缺陷越少越好。 從這個角度來看，人們會喜歡與厚晶體相比具有較少缺陷的薄晶體。 因此，我們通常需要在芯片的厚度上進行綜合權衡。
綜上所述，理論靈敏度高與更好的質量檢測限不具有直接相關性。信噪比和長期穩定性等因素更為重要，這將決定您的測量結果質量。
3. 傳感深度
第三個與共振頻率相關的參數是傳感深度δ。如式（3）所示，它與振蕩頻率的平方根成反比。 頻率越高，檢測到的薄膜層最大厚度就越薄。 例如，室溫下，5,10和30MHz晶體的剪切波在水中的穿透深度分別為~250nm，~180nm和~100nm。
4. 諧頻頻率
 
最后需要考慮的一點因素是共振諧頻。 為了對QCM的數據進行粘彈性模型分析，需要使用多個諧頻的頻率和耗散信息。 對于傳統的QCM，晶體在厚度-剪切模式下振蕩，只能激發奇次諧頻，即諧頻是基頻的奇數倍。 例如，要獲得5 MHz芯片的7個多倍諧頻，您需要能夠激發高達65 MHz的晶振子。 10 MHz和30 MHz晶體的相應頻率分別為130 MHz和390 MHz，如前所述，隨著頻率的增加，噪聲的影響將越來越明顯。
QCM的基頻非常重要
 
QCM的基頻與芯片厚度、理論質量靈敏度、傳感深度和諧頻頻率大小等性能參數有關。最需要關注的參數是理論質量靈敏度，因為理論質量靈敏度隨著基頻的增加而上升。人們本能地追求更高的基頻。然而,有效的質量靈敏度即在實際測量情況下獲得的靈敏度，并不一定與理論值一致。這是由于有效質量靈敏度可能會隨著噪聲的增加以及硬件和電子設備的局限而顯著降低，這將影響芯片在實際測試數據輸出時的質量靈敏度。
如需了解更多關于與石英晶體微天平技術參數相關的因素及其原因，請下載附件中的指南。