DE1006169B

DE1006169B - Arrangement for converting mechanical into electrical vibrations

Info

Publication number: DE1006169B
Application number: DES27081A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Erich Hung Dipl-Ing
Original assignee: Siemens and Halske AG
Current assignee: Siemens and Halske AG
Priority date: 1952-02-07
Filing date: 1952-02-07
Publication date: 1957-04-11

Description

DEUTSCHESGERMAN

Unter der Bezeichnung »Flächentransistor« sind Anordnungen bekanntgeworden, die ähnlich dem sogenannten Punktkontakttransistor die Eigenart von Halbleitern zu Verstärkungszwecken verwenden. Eine Verbindung aus p-leitendem und η-leitendem Material wirkt für die Ladungsträger wie eine halbdurchlässige Wand, sofern die Übergangsschicht klein gegen die Diffusionslänge der Ladungsträger ist. Eine Kombination von zwei oder mehr solcher Schichten ergibt wieder Transistorwirkung, die als p-n-p- oder n-p-n-Flächentransistor bezeichnet wird. Einige Nachteile, die zwangläufig dem Punktkontakttransistor anhaften, können durch den Flächentransistor vermieden werden. Er kann höhere Leistungen aufnehmen und verarbeiten und ist damit auch unempfindlicher gegenüber Überlastungen. Außerdem sind seine Rauscheigenschaften günstiger, da in den Flächensperrschichten nicht die höhen Feldemissionseffekte auftreten, wie sie am Punktkontakttransistor vorkommen.Under the designation "flat transistor" arrangements have become known that are similar to the so-called Point contact transistor use the nature of semiconductors for amplification purposes. One The combination of p-conducting and η-conducting material acts like a semipermeable compound for the charge carriers Wall, provided that the transition layer is small compared to the diffusion length of the charge carriers. A combination of two or more such layers again results in transistor effect, which is called p-n-p- or n-p-n junction transistor is referred to. Some disadvantages inherent in the point contact transistor, can be avoided by the junction transistor. He can take up higher achievements and process and is therefore also less sensitive to it Overloads. In addition, its noise properties are more favorable because it is in the surface barrier layers the high field emission effects do not occur as they occur at the point contact transistor.

Das Prinzip des Flächentransistors läßt sich auf eine Anordnung zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische übertragen. Dabei bleibt die p-n- oder n-p-Verbindung von Basis mit dem Kollektor eine flächenhafte, echte Verbindung in einem einzigen homogenen Halbleiter, während die n-p- oder p-n-Verbindung von Emitter mit der Basis keine echte n-p- oder p-n-Verbindung zu sein braucht, da es nur auf die Ladungsträgererzeugung an der Grenzschicht ankommt. Diese kann mit fast gleich gutem Wirkungsgrad durch eine flächenhafte Multikontaktanordnung ersetzt werden, die zur Herstellung einer sogenannten »mikrophonischen Wirkung« mechanisch gesteuert wird und dadurch eine veränderbare Zahl von Ladungsträgern liefert.The principle of the area transistor can be applied to an arrangement for the conversion of mechanical Vibrations are transferred into electrical ones. The p-n or n-p connection remains between the basis and the Collector a two-dimensional, real connection in a single homogeneous semiconductor, while the The n-p or p-n connection between the emitter and the base need not be a real n-p or p-n connection, since it only depends on the generation of charge carriers at the boundary layer. This can be almost the same good efficiency can be replaced by a planar multi-contact arrangement that is used for production a so-called "microphonic effect" is controlled mechanically and thus a changeable one Number of load carriers delivers.

Anordnungen zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische, die einen Transistor verwenden, sind an sich bekannt. Sie verwenden Punktkontaktemitter und -kollektoren, die entweder als Einzel- oder Multikontakte ausgebildet sind. In beiden Fällen liegt die Kollektorseite fest, während der Emitter und der Halbleiterblock durch die von der Membran ausgeführten mechanischen Schwingungen bewegt werden.Arrangements for converting mechanical vibrations into electrical ones using a transistor use are known per se. They use point contact emitters and collectors that are either are designed as single or multi-contacts. In both cases, the collector side is fixed while the emitter and the semiconductor block due to the mechanical vibrations carried out by the membrane be moved.

Fernerhin ist eine einen Halbleiterkörper verwendende Anordnung zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische bekanntgeworden, sie besitzt ein mechanische Schwingungen ausführendes Glied, das die Schwingungen über eine Emitterelektrode dem Halbleiterblock zuführt. Die hier durch Veränderung der Sperreigenschaften des veränderbaren Halbleitermaterials ausgelösten Defektelektronen werden an der Abnahmeelektrode, die als Spitzenkontakt ausgeführt ist, abgesogen und an den Klemmen des Außenwiderstandes abgenommen.Furthermore, an arrangement for converting using a semiconductor body is more mechanical Vibrations in electrical became known, it has a mechanical vibrations executing Member that feeds the vibrations to the semiconductor block via an emitter electrode. The one through here Change in the barrier properties of the changeable semiconductor material triggered defect electrons are sucked off at the pick-up electrode, which is designed as a tip contact, and attached to the Clamps of the external resistance removed.

Anordnung zur Umwandlung
mechanischer in elektrische SchwingungenArrangement for conversion
mechanical into electrical vibrations

Anmelder:
Siemes & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemes & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 4Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 4

Dipl.-Ing. Dr. rer. nat. Erich Hungermann, München,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Dr. rer. nat. Erich Hungermann, Munich,
has been named as the inventor

Die Anordnung zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische unter Verwendung eines Halbleiters, bei der die mechanischen Schwingungen über eine elektrisch gut leitende Steuerelektrode dem Halbleiter zugeführt werden, hat gemäß der Erfindung zwischen der elektrisch gut leitenden Steuerelektrode und einem aus elektrisch verschiedenartig leitenden Schichten bestehenden Halbleiterblock eine dielektrische Schicht angeordnet.The arrangement for converting mechanical vibrations into electrical ones using a Semiconductor, in which the mechanical vibrations are controlled by an electrically conductive control electrode Semiconductors are supplied, has according to the invention between the electrically highly conductive control electrode and a semiconductor block consisting of layers of various electrical conductivity dielectric layer arranged.

Zur Steigerung der sogenannten »mikrophonischen Wirkung« ist es angebracht, von der Einzel- zur Multikontaktanordnung überzugehen. Am zweckmäßigsten ist es, wenn die elektrisch gut leitende Elektrode aus mit Mikrophonpartikelchen gefüllten Grießkammern oder aus einer porösen Isolierschicht, deren Poren mit elektrisch gut leitendem Material gefüllt sind, besteht. Ferner kann die elektrisch gut leitende Elektrode vorzugsweise plan ausgebildet sein, wobei der Kontakt durch entsprechende Ausbildung oder Behandlung der Oberfläche des Halbleiters erzielt ist.To increase the so-called "microphonic effect" it is appropriate to move from the individual to the To pass multi-contact arrangement. It is most useful if the electrically conductive Electrode made of grit chambers filled with microphone particles or made of a porous insulating layer, the pores of which are filled with a material that conducts electricity well. Furthermore, the electrically highly conductive Electrode preferably be of planar design, with the contact being formed or treated accordingly the surface of the semiconductor is achieved.

Schematisch dargestellte Ausfuhrungsbeispiele der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeigen die Fig. 1 und 2. Gemeinsam ist den Darstellungen die Bezeichnung der Anschlußklemmen 1 für die Steuerelektroden, 2 für die Basiselektrode und 3 für die Abnehmerelektrode. M sei die Membran und H der Halbleiterblock, der in den Beispielen aus einer n- und einer p-leitenden Schicht bestehen möge.Schematically illustrated exemplary embodiments of the circuit arrangement according to the invention are shown in FIGS. 1 and 2. What the representations have in common is the designation of the connection terminals 1 for the control electrodes, 2 for the base electrode and 3 for the pick-up electrode. Let M be the membrane and H the semiconductor block, which in the examples may consist of an n- and a p-conductive layer.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besitzt eine stark vergrößert dargestellte poröse Isolierschicht /,The arrangement shown in Fig. 1 has a greatly enlarged shown porous insulating layer /,

deren Poren mit elektrisch gut leitendem Material L, das als Steuerelektrode die »mikrophonische Wirkung« hervorruft, ausgefüllt sind. In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist zwischen der von der Membran M betätigten, beispielsweise als Kohlegrieß-the pores of which are filled with electrically good conductive material L, which acts as a control electrode and causes the "microphonic effect". In the arrangement shown in Fig. 2 is between the actuated by the membrane M , for example as a coal meal

609 868/181609 868/181

kämmer ausgebildeten Steuerelektrode 5* und dem Halbleiterblock if eine elastisch deformierbare Isolierschicht / zur Erzielung eines starken elektrischen Feldes angeordnet, dem durch die Schwingungen der Membran ein Wechselfeld überlagert wird, wodurch eine mikrophonische Wirkung erzielbar ist.kämmer trained control electrode 5 * and the Semiconductor block if an elastically deformable insulating layer / arranged to achieve a strong electric field caused by the vibrations of the An alternating field is superimposed on the membrane, whereby a microphonic effect can be achieved.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann mit Vorteil als Mikrophon einer Fernsprechstation verwendet werden, dergestalt, daß die Mikrophonmembran die Steuerelektrode bildet, da die sehr geringe, erforderliehe Kollektorspannung selbst noch bei einigen Volt für eine Verstärkung bis zu 50 db ausreichend ist. Dieses wirkt sich insbesondere bei entfernten Fernsprechstellen mit großer Leitungslänge, d. h. starkem' Abfall der Spannung, günstig aus.The arrangement according to the invention can be used with advantage as a microphone of a telephone station be, such that the microphone membrane forms the control electrode, since the very small required Collector voltage is sufficient for a gain of up to 50 db even at a few volts. This is particularly important in the case of remote telephone stations with long line lengths, i. H. strong ' Drop in voltage, favorable out.

Schaltungsmäßig erscheint aus Anpassungsgründen die geerdete Steuerelektrodenschaltung als die zweckmäßigste, da trotz niederohmigen Ausgang noch eine günstige Verstärkung erzielt werden kann. Fernerhin ist auch eine Kombination der geerdeten Basisschaltung, welche hohen Ausgangswiderstand aufweist, mit der geerdeten Kollektorschaltung, die als Impedanzwandler auf kleinen Außenwiderstand anzupassen vermag, günstig.In terms of the circuit, the grounded control electrode circuit appears as the for adaptation reasons most useful, since a favorable gain can still be achieved despite the low-impedance output. Furthermore, there is also a combination of the grounded basic circuit, which has high output resistance has, with the grounded collector circuit, which acts as an impedance converter to small external resistance able to adapt, cheap.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for converting mechanical vibrations into electrical using of a semiconductor, in which the mechanical vibrations have a good electrical conductivity Control electrode are fed to the semiconductor, characterized by the arrangement of a dielectric Layer between the electrically highly conductive control electrode and one of electrically semiconductor block consisting of various conductive layers.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrically highly conductive control electrode is designed as a multi-contact electrode.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the electrically highly conductive Control electrode consists of grit chambers filled with microphone particles.

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the control electrode is a possesses porous insulating layer, -whose pores are filled with electrically highly conductive material.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrically highly conductive control electrode is preferably flat, the contact through appropriate training or treatment the surface of the semiconductor is achieved.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the semiconductor arrangement as Microphone of a telephone station acts in such a way that the microphone membrane is the control electrode forms.

Considered publications:
Swiss Patent No. 277 131;
U.S. Patent Nos. 2,497,770, 2,502,479, 502,488, 2,530,745, 2,549,550.

1 sheet of drawings