DE1213896B

DE1213896B - Arrangement for converting mechanical vibrations into electrical ones

Info

Publication number: DE1213896B
Application number: DES72897A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Richard Karmann; Dipl-Phys Dr Manfred Zerbst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-03-09
Filing date: 1961-03-09
Publication date: 1966-04-07
Also published as: CH397791A; SE300020B; US3236957A; FI40809B; BE614836A

Description

Bundesrepublik DeutschlandFederal Republic of Germany

deutschesGerman

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

H03hH03h

Deutsche Kl.: 21 a4 -10German class: 21 a4 -10

Nummer: 1213 896Number: 1213 896

Aktenzeichen: S 72897IX d/21 a4File number: S 72897IX d / 21 a4

Anmeldetag: 9. März 1961Filing date: March 9, 1961

Auslegetag: 7. April 1966Opening day: April 7, 1966

Zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische kann man bekanntlich Halbleiter verwenden, welche den sogenannten piezoresistiven Effekt aufweisen. Dieser besteht darin, daß in Abhängigkeit von einer auf den Halbleiter wirkenden mechanischen Spannung sich die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials verändert.It is well known that semiconductors can be used to convert mechanical vibrations into electrical ones, which have the so-called piezoresistive effect. This is that in dependence the electrical conductivity of the semiconductor material changes from a mechanical tension acting on the semiconductor changes.

Dieser Effekt wurde bisher unter anderem an Silizium und Germanium festgestellt, wobei der Effekt in bestimmten kristallographischen Richtungen, den sogenannten Vorzugsrichtungen, besonders groß ist.This effect has so far been found on silicon and germanium, among others, with the effect is particularly large in certain crystallographic directions, the so-called preferred directions.

Mit einem derartigen Halbleiter kann man ein Mikrophon aufbauen, indem man diesen stabförmig ausbildet und mechanischen Spannungen aussetzt, die von Schallschwingungen abgeleitet sind. Hierzu wird der Halbleiterstab an seinem einen Ende fest eingespannt und an seinem anderen Ende mit einer schwingenden Membran versehen, welche die Schallschwingungen aufnimmt und in entsprechende Verbiegungen des Halbleiterstabes umsetzt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein derartiger Aufbau wohl die Mikrophonwirkung zeigt, jedoch bei Verwendung von Halbleiterstäben aus Germanium oder Silizium, welche Materialien wegen ihrer Verwendung in der Transistortechnik bevorzugt zur Verfügung stehen, eine so geringe Empfindlichkeit besitzt, daß ein solches Mikrophon für die praktischen Bedürfnisse ungeeignet ist.With such a semiconductor you can build a microphone by making it stick-shaped forms and exposes mechanical stresses derived from sound vibrations. For this the semiconductor rod is firmly clamped at one end and with a vibrating membrane, which absorbs the sound vibrations and bends them accordingly of the semiconductor rod implemented. It has been found, however, that such a structure is well shows the microphone effect, but when using semiconductor rods made of germanium or silicon, which materials are preferred because of their use in transistor technology, has such a low sensitivity that such a microphone is unsuitable for practical needs is.

Außer zur Anwendung bei Mikrophonen und Tonabnehmern läßt sich die Erfindung ganz allgemein bei Anordnungen zur Umwandlung von mechanischer Auslenkung in elektrische Signale verwenden. Beispielsweise ist eine Anwendung bei Beschleunigungsmessern möglich, die bekanntlich eine statische Auslenkung einer relativ frei beweglichen schweren Masse auf das umwandelnde Element übertragen.In addition to being used in microphones and pickups, the invention can be used very generally Use arrangements for converting mechanical deflection into electrical signals. For example It can be used in accelerometers which are known to have a static deflection a relatively free moving heavy mass transferred to the converting element.

Die Erfindung zeigt einen Weg, wie die Empfindlichkeit einer Anordnung zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische mittels eines mit Anschlußkontakten versehenen gestreckten Körpers aus piezoresistivem Halbleitermaterial (z. B. Silizium oder Germanium) wesentlich gesteigert werden kann. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der Körper als Platte bzw. Schicht ausgebildet, die flächig mit einem Träger aus einem Material mit gegenüber Silizium oder Germanium wesentlich kleinerem Elastizitätsmodul und geringerer Leitfähigkeit mechanisch verbunden ist, dessen Dicke wesentlich größer ist als die der piezoresistiven Platte bzw. Schicht, wobei die Kräfte in senkrechter Richtung auf letztere wirken.The invention shows a way of increasing the sensitivity of an arrangement for converting mechanical Vibrations in electrical by means of an elongated body provided with connection contacts made of piezoresistive semiconductor material (e.g. silicon or germanium) can be increased significantly. For this purpose, according to the invention, the body is designed as a plate or layer that is flat with a Carrier made of a material with a significantly lower modulus of elasticity than silicon or germanium and lower conductivity is mechanically linked, the thickness of which is significantly greater than that the piezoresistive plate or layer, the forces acting on the latter in a vertical direction.

Durch einen derartigen Aufbau werden in verschiedener Richtung wirkende -und sich gegenseitig Anordnung zur Umwandlung mechanischer
Schwingungen in elektrischeA structure of this type results in a mechanical conversion arrangement which acts in different directions and which are mutually exclusive
Vibrations in electrical

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,Berlin and Munich,

München 2, Witteisbacherplatz 2Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Phys. Richard Karmann, München-Solln;
Dipl.-Phys. Dr. Manfred Zerbst, MünchenDipl.-Phys. Richard Karmann, Munich-Solln;
Dipl.-Phys. Dr. Manfred Zerbst, Munich

unterstützende vorteilhafte Effekte erzielt. Einerseits lassen sich durch entsprechende Wahl des Materials und der Form des Trägers Elastizität und Eigenfrequenz der ganzen Anordnung den jeweiligen Anforderungen gut anpassen, andererseits wird durch die Verwendung des Trägers das piezoresistive Material in eine Zone gerückt, in welcher die Druck- und Zugbeanspruchungen am größten sind, nämlich an die Außenfläche der Anordnung, so daß Verbiegungen ein Höchstmaß an Widerstandsänderung hervorrufen. Diese Widerstandsänderung ist in ihrer Wirkung voll ausnutzbar, da der Träger infolge seiner praktisch isolierenden Wirkung eine schädliche Nebenschlußbildung über die keinen oder nur geringen Deformationen unterliegende Zone im Bereich der neutralen Faser nicht zuläßt. Insbesondere ist es möglich, das piezoresistive Material nach Art einer Folie mit dem Träger zu vereinigen, wodurch der sonst störende hohe Elastizitätsmodul von Germanium oder Silizium praktisch ohne Einwirkung bleibt. Es hat sich gezeigt, daß z. B. im Fall der Anwendung dieser Maßnahme bei der Mikrophonherstellung bei geeigneter Wahl des Elastizitätsmoduls des Trägers Mikrophonempfindlichkeiten erzielbar sind, die in der Größenordnung der des Kohlemikrophons liegen. Darüber hinaus läßt sich durch die Wahl des Materials des Trägers auch die Resonanzfrequenz einer derartigen Anordnung günstig wählen, was bekanntlich bei Mikrophonen von wesentlicher Bedeutung ist.supporting beneficial effects achieved. On the one hand, by choosing the right material and the shape of the support, elasticity and natural frequency of the entire arrangement, the respective requirements adapt well, on the other hand, through the use of the carrier, the piezoresistive material moved into a zone in which the compressive and tensile loads are greatest, namely on the outer surface of the assembly so that deflections produce the greatest possible change in resistance. This change in resistance is in its effect fully exploitable, as the wearer has a harmful effect due to its practically insulating effect Shunt formation over the no or only slight deformation subject zone in the area the neutral fiber does not allow. In particular, it is possible to use the piezoresistive material in the manner of a To unite foil with the carrier, whereby the otherwise disturbing high modulus of elasticity of germanium or silicon remains practically unaffected. It has been shown that, for. B. in the case of application this measure in the microphone production with a suitable choice of the modulus of elasticity of the carrier Microphone sensitivities can be achieved that are of the order of magnitude of the carbon microphone lie. In addition, the choice of the material of the carrier also allows the resonance frequency Select such an arrangement favorably, which is known to be of essential importance in the case of microphones is.

Zweckmäßig baut man den Träger aus einem Isoliermaterial, insbesondere aus einem Kunststoff auf. Mit derartigen Materialien läßt sich die Elastizität der erfindungsgemäßen Anordnung innerhalb weiter Grenzen beliebig wählen. Bei Verwendung eines Halbleitermaterials mit relativ kleinem Elastizitäts-The carrier is expediently constructed from an insulating material, in particular from a plastic. With such materials, the elasticity of the arrangement according to the invention can be increased within Choose any limits. When using a semiconductor material with a relatively small elasticity

609 557/115609 557/115

3 43 4

modul, insbesondere einem organischen Halbleiter- Fig. 1 einen Stab mit einer aufgebrachten Plattemodule, in particular an organic semiconductor Fig. 1 a rod with an applied plate

material, ist es aber auch möglich, den Träger selbst aus piezoresistivem Halbleitermaterial,material, but it is also possible to make the carrier itself from piezoresistive semiconductor material,

aus gegenüber der piezoresistiven Schicht schwach F i g. 2 einen Stab mit einer Schicht aus piezo-from weak compared to the piezoresistive layer F i g. 2 a rod with a layer of piezo

leitendem, insbesondere eigenleitendem Halbleiter- resistivem Halbleitermaterial an der Oberfläche desconductive, in particular intrinsically conductive semiconductor resistive semiconductor material on the surface of the

material herzustellen, wobei dieses praktisch als Iso- 5 Stabes, die U-förmig um den Stab herumgezogen ist,-to produce material, this practically as an Iso-5 rod, which is drawn in a U-shape around the rod,

lator wirkt, von dem dann an seiner Oberfläche einer F i g. 3 einen einseitig eingespannten Stab mitlator acts, of which then on its surface a F i g. 3 with a rod clamped on one side

dünnen Schicht z.B. durch Diffusion eine so hohe zwei piezoresistiven Schichten, dessen freies Endethin layer e.g. by diffusion such a high two piezoresistive layers, its free end

Leitfähigkeit gegeben wird, daß sich der piezoresistive mit einer Membran mechanisch verbunden ist,Conductivity is given that the piezoresistive is mechanically connected to a membrane,

Effekt in seiner Auswirkung im wesentlichen auf Fig. 4 eine scheibenförmige Anordnung mit zweiEffect in its effect essentially on FIG. 4 shows a disk-shaped arrangement with two

diese Schicht konzentriert. Andererseits kann man io piezoresistiven Schichten in Seitenansicht,this layer is concentrated. On the other hand, one can see io piezoresistive layers in side view,

zur Herstellung der piezoresistiven Schicht auch an- F i g. 5 eine Scheibe mit einem aufgebrachtenfor the production of the piezoresistive layer also at the beginning. 5 a disc with an applied

organisches Halbleitermaterial mit entsprechender Streifen aus piezoresistivem Halbleitermaterial inorganic semiconductor material with corresponding strips of piezoresistive semiconductor material in

Dotierung verwenden, was insofern von Vorteil ist, Draufsicht.Use doping, which is advantageous in this respect, plan view.

als sich organisches und anorganisches Halbleiter- Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dient material günstig aneinander befestigen lassen. Ins- 15 als Träger ein aus einem Kunststoff bestehender besondere ist es möglich, die anorganische Halb- Stab 1, auf dessen einer Seite eine Platte 2 aus piezoleiterschicht in einkristalliner Struktur auf dem Trä- resistivem Halbleitermaterial aufgebracht und mit ger aus organischem Halbleitermaterial aufwachsen dem Träger 1 mechanisch verbundenist. Die Platte2 zu lassen. Weiterhin kann man als Halbleitermaterial ist an ihren beiden Enden jeweils mit einem Konfür die piezoresistive Schicht eine A₁₁₁B_v-Verbindung 20 takt 3 versehen, wozu man als Material beispielsweise verwenden. Gold oder Silber verwenden kann. Bei der Kontaktthan organic and inorganic semiconductor material is used in the embodiment of FIG. 1 can be attached to each other. In particular, as a carrier made of a plastic, it is possible to use the inorganic half-rod 1, on one side of which a plate 2 of piezoconductor layer in a monocrystalline structure is applied to the resistive semiconductor material and the carrier is grown with an organic semiconductor material 1 is mechanically connected. Let the plate2. _{Furthermore, an A 111} B _v connection 20 clock 3 can be provided as a semiconductor material at both ends with a confor the piezoresistive layer, for which one can use as a material, for example. Can use gold or silver. At the contact

Je nach dem Verwendungszweck läßt sich die er- tierung ist darauf zu achten, daß dabei zwischen derDepending on the intended use, care must be taken to ensure that between the

findungsgemäße Anordnung in verschiedener Gestalt Kontaktstelle und dem piezoresistiven Material keineinventive arrangement in different shape contact point and the piezoresistive material none

darstellen. Einerseits kann sie als Scheibe aufgebaut Sperrschichten entstehen.represent. On the one hand, it can create barrier layers built up as a disk.

sein und selbst als Membran dienen, andererseits ist 25 Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 2 besteht es auch möglich, die Anordnung stabförmig auszu- der Träger 4 aus Halbleitermaterial, das sich in bilden. Dabei ist ein Aufbau besonders vorteilhaft, schwach leitendem, insbesondere eigenleitendem Zubei welchem je eine Schicht aus piezoresistivem Ma- stand befindet, so daß er praktisch als Isolator wirkt, terial zu beiden Seiten des Trägers aufgebracht ist. Einer an seiner Oberfläche liegenden dünnen Handelt es sich um eine solche Anordnung mit je 3° Schicht 5 ist z. B. durch Diffusion eine so hohe Leiteiner piezoresistiven Schicht zu ihren beiden Seiten, fähigkeit gegeben, daß sich der piezoresistive Effekt so sind zwei Anwendungsfälle möglich, nämlich in seiner Auswirkung im wesentlichen auf die einerseits eine piezoresistive Wirkung der beiden Schicht 5 konzentriert. Die Schicht 5 ist um das eine Schichten jeweils mit gleichem Vorzeichen oder an- Ende des Trägers 4 so herumgezogen, daß die Schicht dererseits jeweils mit entgegengesetzem Vorzeichen. 35 im Querschnitt die Gestalt eines U besitzt, zwischen Im ersten Fall bewirkt eine Verbiegung, daß die eine dessen Schenkeln der Träger 4 liegt. Diese Ausfüh-Schicht hochohmiger und die andere niederohmiger rungsform ist besonders dann zweckmäßig, wenn ein wird (Dehnung und Stauchung bei gleichem Material mit zwei Schichten versehener Träger mit einer in den beiden Schichten). Im anderen Fall werden Schaltung zusammenarbeitet, bei welcher die beiden bei Verbiegung beide Schichten entweder hoch- 40 Schichten einseitig miteinander zu verbinden sind, ohmiger oder niederohmiger (Materialien mit ent- ζ. B. einer Brückenschaltung. Die einseitige Verbingegengesetztem Vorzeichen der piezoresistiven Kon- dung ergibt sich nämlich bei dieser Ausführungsform stante in den beiden Schichten, z. B. einerseits orien- von selbst. Bei der Wahl des Halbleitermaterials ist tiertes p-Silizium und andererseits η-Germanium). darauf zu achten, daß dieses gegenüber Germanium Eine derartige Anordnung mit zwei Schichten läßt 45 oder Silizium einen wesentlich kleineren Elastizitätssich für beide Betriebsfälle zweckmäßig mit einer modul besitzt, was besonders bei organischen Halbelektrischen Brückenschaltung kombinieren, bei wel- leitern der Fall ist. Auch bei der in der F i g. 2 dareher die beiden Schichten in entsprechenden Zweigen gestellten Anordnung ist die piezoresistive Schicht der Brückenschaltung liegen. Bei einer Wirkung der mit Kontakten 6 versehen.be and serve itself as a membrane, on the other hand, 25 In the embodiment according to Fi g. 2 exists It is also possible to design the arrangement in the form of a rod, the carrier 4 made of semiconductor material, which is in form. A structure with weakly conductive, in particular intrinsically conductive accessories is particularly advantageous each with a layer of piezoresistive material, so that it practically acts as an insulator, material is applied to both sides of the carrier. A thin one lying on its surface If it is such an arrangement with each 3 ° layer 5 is z. B. by diffusion such a high Leiteiner piezoresistive layer on both sides, given the ability to have the piezoresistive effect so two applications are possible, namely in its effect essentially on the on the one hand a piezoresistive effect of the two layers 5 is concentrated. Layer 5 is around the one Layers each with the same sign or at the end of the carrier 4 drawn around so that the layer on the other hand, each with the opposite sign. 35 has the shape of a U in cross section, between In the first case, a bending causes one of the legs of the carrier 4 to lie. This execution layer high resistance and the other low resistance form is particularly useful when a (elongation and compression of the same material with two layers of carrier with a in the two layers). In the other case, the circuit works together in which the two in the event of bending, both layers must either be connected to one another on one side, ohmic or lower ohmic (materials with e.g. a bridge circuit. The one-sided connection opposite This is because the sign of the piezoresistive condensation is obtained in this embodiment constant in the two layers, e.g. B. on the one hand orien- by itself. When choosing the semiconductor material is oriented p-silicon and on the other hand η-germanium). make sure that this is opposite to germanium Such a two-layer arrangement leaves 45 or silicon a much smaller resilience for both operating cases it is advisable to have a module, which is particularly the case with organic semi-electric bridge circuits, which is the case with wave conductors. Even in the case of the FIG. 2 above the two layers placed in corresponding branches is the piezoresistive layer the bridge circuit. Provided with contacts 6 in the event of an effect.

beiden Schichten jeweils in entgegengesetztem Sinn 50 In der Fig. 3 ist dargestellt, wie man die erön-two layers in opposite sense 50 In Fig. 3 it is shown how to open the

kann man die Schichten auch elektrisch in Reihe dungsgemäße Anordnung zweckmäßig beim Aufbauthe layers can also be arranged electrically in series, expediently during construction

schalten. eines Mikrophons verwenden kann. Das Mikrophonswitch. a microphone. The microphone

Wenn die £rfindungsgemäße Anordnung mit Ver- besitzt die Membran 7, die mittels des starren Verstärkerelementen zusammenzuschalten ist, so kann bindungsgliedes 9 an dem einen Ende des stabförman diese mit einer der piezoresistiven Platten bzw. 55 mig ausgebildeten Trägers 10 befestigt ist. Dieser Schichten kombinieren. Dies kann einerseits so ge- Träger weist zwei piezoresistive Schichten 11 und 12 schehen, daß ein Teil einer Platte bzw. Schicht durch auf, die mit dem Träger 10 mechanisch verbunden entsprechende Dotierung als verstärkendes Element sind. Der Träger mit den beiden Schichten 11 und 12 mit den zugehörigen Anschlüssen ausgebildet wird, ist einseitig starr eingespannt und wird somit bei andererseits kann man einer Platte bzw. Schicht 60 Auslenkung der Membran 7 in Richtung der eingeeinen Transistor auflegieren. Auch auf die Eingangs- zeichneten Pfeile gebogen. Es findet also eine Umwiderstände angeschlossener elektrischer Organe, setzung von auf die Membran 7 auftreffenden Schallinsbesondere Verstärker, kann Rücksicht genommen schwingungen in entsprechende Verbiegungen des werden, indem man jeder Platte bzw. Schicht durch Trägers 10 statt, wobei die Schichten 11 und 12 geentsprechende Dotierung eine solche Leitfähigkeit 65 dehnt bzw. gestaucht werden. Wie ersichtlich, ist hiergibt, daß die Organe angepaßt sind. zu eine Kräftekomponente erforderlich, welche inIf the arrangement according to the invention is provided with the membrane 7, which by means of the rigid amplifier elements is to be interconnected, the link 9 can be attached to one end of the stabförman this is attached to one of the piezoresistive plates or 55 mig formed carrier 10. This Combine layers. On the one hand, this can be done in this way. Carrier has two piezoresistive layers 11 and 12 Schehen that a part of a plate or layer through which is mechanically connected to the carrier 10 appropriate doping as a reinforcing element. The carrier with the two layers 11 and 12 is formed with the associated connections, is rigidly clamped on one side and is thus at on the other hand, a plate or layer 60 can be used to deflect the membrane 7 in the direction of the one Alloy transistor. Also bent on the input drawn arrows. So there is some resistance connected electrical organs, placement of sound impinging on the membrane 7, in particular amplifiers, can take into account vibrations in corresponding bending of the are by placing each plate or layer through support 10, the layers 11 and 12 corresponding doping such a conductivity 65 being stretched or compressed. As can be seen here, that the organs are adapted. a force component is required, which in

Von den Ausführungsbeispiele der Erfindung dar- senkrechter Richtung auf die Schicht 11 bzw. 12Of the exemplary embodiments of the invention, the direction perpendicular to the layer 11 or 12

stellenden Figuren zeigt wirkt · '- representing figures shows acts · '-

Wenn die beiden Schichten 11 und 12 jeweils in gleichem Sinne piezoresistiv wirken, ergibt sich jeweils für die eine Schicht eine Widerstandserhöhung und für die andere Schicht eine Widerstandsverminderung. Wirken dagegen die beiden Schichten 11 und 12 jeweils in entgegengesetztem Sinne, so tritt bei Verbiegung in beiden Schichten gleichzeitig entweder eine Widerstandserhöhung oder eine Widerstandsverminderung ein.If the two layers 11 and 12 each have a piezoresistive effect in the same sense, this results in each case an increase in resistance for one layer and a decrease in resistance for the other layer. If, on the other hand, the two layers 11 and 12 act in opposite directions, then it occurs Bending in both layers at the same time either increases or decreases resistance a.

Beide Anwendungsfälle eignen sich dazu, mittels einer elektrischen Brückenschaltung ausgewertet zu werden. Im ersteren Fall sind die beiden Schichten in zwei benachbarte Zweige der Brückenschaltung zu legen, im letzteren Fall muß man die beiden Schichten in gegenüberliegende Zweige legen.Both applications are suitable for being evaluated by means of an electrical bridge circuit will. In the former case, the two layers are in two adjacent branches of the bridge circuit in the latter case, the two layers must be placed in opposite branches.

Im Fall der Wirksamkeit in entgegengesetztem Sinne ist es auch möglich, die beiden Schichten elektrisch in Reihe zu schalten. Hierfür eignet sich besonders der Aufbau gemäß Fig. 2, da dieser die Reihenschaltung in sich einschließt. «oIn the case of effectiveness in the opposite sense, it is also possible to use the two layers electrically to be connected in series. The structure according to FIG. 2 is particularly suitable for this purpose, since this the Series connection includes. "O

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es selbstverständlich auch möglich ist, bei der Anordnung gemäß F i g. 3 entsprechend F i g. 1 einen Stab mit nur einer Schicht zu verwenden.It should also be pointed out that it is of course also possible with the arrangement according to FIG F i g. 3 according to FIG. 1 to use a stick with only one layer.

In jedem der vorstehend behandelten Betriebsfälle ergibt sich bei Verbiegung in den piezoresistiven Schichten eine Umsetzung in elektrische Schwingungen, die an den Kontakten der piezoresistiven Schichten abnehmbar sind, wenn man diese an Stromquellen anschließt. Durch die Widerstandsänderung in der Schicht wird dann der von der Stromquelle gelieferte Strom entsprechend gesteuert. Bei Verwendung einer Brückenschaltung ist die Stromquelle an die eine Diagonale anzuschließen, während an der anderen Diagonale die erzeugte Wechselspannung abnehmbar ist.In each of the operating cases discussed above, bending in the piezoresistive Layers an implementation in electrical oscillations, which at the contacts of the piezoresistive Layers are removable when connected to power sources. By the change in resistance The current supplied by the current source is then controlled accordingly in the shift. When using a bridge circuit, the power source must be connected to one diagonal, while on the other diagonal the generated alternating voltage can be removed.

In der Fig. 3 sind noch an jedem Ende der Schichten 11 und 12 Kontakte 13 und 14 gezeigt, die je nach dem gewählten schaltungstechnischen Aufbau entsprechend anzuschließen sind. Die beiden am frei stehenden Ende des Stabes 10 herausgeführten Anschlüsse 13 können auch durch den Träger hindurchgeführt werden, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Diese Durchführungen enden in den Anschlüssen 15. Ein derartiger Aufbau besitzt den Vorteil, daß das frei stehende Ende des Stabes 10 von elektrischen Zuführungen völlig frei ist. Derartige Zuführungen können nämlich eine unerwünschte Dämpfung des Systems mit sich bringen.In FIG. 3, contacts 13 and 14 are also shown at each end of the layers 11 and 12, which must be connected accordingly depending on the circuit structure selected. The two on Free-standing end of the rod 10 led out connections 13 can also be passed through the carrier as indicated by the dashed lines. These executions end in the connections 15. Such a structure has the advantage that the free-standing end of the Rod 10 is completely free of electrical leads. Such feeds can namely an undesirable Bring damping of the system with it.

In den Zeichnungen sind die Träger und die Schichten zwecks besserer Veranschaulichung übertrieben stark dargestellt. Für praktisch gut verwendbare Mikrophone beispielsweise beträgt die Dicke des jeweils dargestellten Stabes etwa 0,5 mm, wobei die Schichtdicke etwa 0,005 mm ist.In the drawings, the supports and layers are exaggerated for clarity of illustration strongly represented. For practical microphones, for example, the thickness is of the rod shown in each case about 0.5 mm, the layer thickness being about 0.005 mm.

Eine gegenüber der stabförmigen Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung andersartige Bauweise ist in F i g. 4 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Scheibe 16, welche den Träger bildet, auf der zu ihren beiden Seiten dünne Schichten 17 und 18 aus piezoresistivem Halbleitermaterial aufgebracht sind. Die Scheibe 16 mit den beiden Schichten 17 und 18 ist an ihrem Rand gehalten, und zwar zweckmäßig frei drehbar eingespannt. Die Schichten 17 und 18 sind wie bei den vorher behandelten Ausführungsbeispielen mit Kontakten 19 versehen. Die Anordnung kann selbst als schallaufnehmende Membran verwendet werden, wobei bei Durchbiegung der Membran eine entsprechende Stauchung bzw. Streckung der Schichten 17 und 18 erfolgt, die, wie vorher beschrieben, in elektrische Wechselspannungen umgesetzt werden.A construction that is different from the rod-shaped configuration of the arrangement according to the invention is in Fig. 4 shown. This is a disk 16 which forms the carrier the thin layers 17 and 18 of piezoresistive semiconductor material applied on both sides are. The disk 16 with the two layers 17 and 18 is held at its edge, and that is appropriate clamped freely rotatable. The layers 17 and 18 are as in the previously discussed embodiments provided with contacts 19. The arrangement can itself be used as a sound-absorbing membrane can be used, whereby if the membrane is bent a corresponding compression resp. The layers 17 and 18 are stretched, which, as previously described, are converted into electrical alternating voltages implemented.

Es ist nicht erforderlich, daß die piezoresistiven Schichten die Scheibe voll bedecken. Wie die F i g. 5 zeigt, kann man die Schichten auch streifenförmig ausbilden, wobei man zwecks Erzielung einer größtmöglichen Deformation bei einer runden Membran den Streifen diametral legt. Bei der in der F i g. 5 dargestellten runden Membran 20 besitzt der Streifen an seinen beiden Enden die Kontakte 22.It is not necessary that the piezoresistive layers completely cover the disk. As the F i g. 5 shows, the layers can also be designed in the form of strips, with the aim of achieving the greatest possible Deformation in the case of a round membrane places the strip diametrically. In the case of the FIG. 5 The round membrane 20 shown in the drawing has the contacts 22 at both ends of the strip.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for converting mechanical vibrations into electrical ones by means of a connector with contacts provided elongated body made of piezoresistive semiconductor material (z. B. silicon or germanium), which by from forces derived from mechanical vibrations are bent, characterized by the formation of the body as a plate or Layer that is flat with a carrier made of a material with opposite silicon or germanium is mechanically linked to a significantly lower modulus of elasticity and lower conductivity, whose thickness is significantly greater than that of the piezoresistive plate or layer, the Forces in the vertical direction act on the latter.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier is made of an insulating material, in particular a plastic.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier from opposite the piezoresistive layer consists of weakly conductive, in particular intrinsically conductive semiconductor material, from the one lying on its surface thin layer z. B. by diffusion one like that high conductivity is given that the piezoresistive The effect is essentially concentrated on this layer.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the semiconductor material is an organic Semiconductor is used.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier is made of organic There is semiconductor material and a layer of inorganic piezoresistive semiconductor material having.

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an A _In B _v connection is used as the semiconductor material for the piezoresistive layer.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that each one piezoresistive layer is attached to both sides of the carrier.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the two layers each in act piezoresistive in the same sense.

9. Arrangement according to claim 7, characterized in that the two layers each in act piezoresistive in the opposite sense.

10. Arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that the two layers lie in corresponding branches of an electrical bridge circuit.

11. The arrangement according to claim 9, characterized in that the two layers are electrical are connected in series.

12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a rod-shaped Formation of the carrier with the piezoresistive layer or layers.

13. Arrangement according to claim 11 and. 12, characterized in that at one end of the Rod the piezoresistive layer around this end is drawn around so that the layer has the shape of a U in cross section, between whose thighs the wearer lies.

14. Arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that the rod at his one end is mechanically connected to a sound-absorbing membrane, while the the other end is firmly clamped.

15. Arrangement according to one of claims 12 to 14, characterized in that the electrical Connection to the vibrating end of the rod takes place through the beam.

16. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized by a disk-shaped design of the carrier with the or the piezoresistive layers.

17. The arrangement according to claim 16, characterized in that the carrier with the or piezoresistive layers form a sound-absorbing membrane.

18. Arrangement according to claim 16 or 17, characterized in that at least one piezoresistive Layer is designed as a diametrical strip.

19. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a Part of a plate or layer through appropriate doping as a reinforcing element is formed with the associated connections.

20. Arrangement according to one of claims 1 to 18, characterized in that a plate or layer a transistor is alloyed on.

21. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that each plate or layer is given such a conductivity through appropriate doping, that connected electrical organs, in particular amplifiers, are adapted.

1 sheet of drawings