DE1616607B1

DE1616607B1 - Piezoelectric device

Info

Publication number: DE1616607B1
Application number: DE1961W0029745
Authority: DE
Inventors: Andrew Rhodes Hutson
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1960-04-07
Filing date: 1961-04-01
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1257998B; DK114563B; GB959293A; GB964589A; NL263351A; FR1286476A; GB958690A; CH390596A; DE1616606B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Vorrichtung, bei welcher mindestens ein piezoelektrischer Einkristall an zwei Seiten mit Elektroden versehen ist.The invention relates to a piezoelectric device, in which at least one piezoelectric single crystal with electrodes on two sides is provided.

Es erübrigt sich, die Rolle piezoelektrischer Elemente in der modernen Technik des längeren zu diskutieren. Quarzfilter und Resonatoren spielen seit Jahrzehnten eine wichtige Rolle. Die Literatur gibt zahlreiche Hinweise auf andere piezoelektrische Stoffe, wie E.D.T. und A.D. P., die in piezoelektrischen Geräten wie Unterwasserschallgebern, Schallvorrichtungen, Verzögerungsstrecken, Meßwertwandlern und anderen Ultraschallgeneratoren und -empfängern Verwendung finden. Wahrscheinlich ist Quarz das bestbekannte piezoelektrische Material. Seine Beliebtheit beruht großenteils auf seiner physikalischen und chemischen Stabilität. Er reagiert im allgemeinen dicht mit den Bestandteilen der Atmosphäre, ist auch bei langem Gebrauch beständig und widersteht verhältnismäßig hohen physikalischen Beanspruchungen. Die organischen Stoffe, von denen viele während des zweiten Weltkrieges in Erwartung einer Quarzverknappung entwickelt wurden, haben zwar zum Teil bemerkenswert größere Kopplungskoeffizienten, lösen sich aber in Wasser, sind chemisch instabil und auch in anderer Weise für viele Zwecke ungeeignet, für die Quarz eingesetzt wird.Needless to say, the role of piezoelectric elements in modern times To discuss technique of longer. Crystal filters and resonators have been playing for decades an important role. The literature gives numerous references to other piezoelectric Substances such as E.D.T. and A.D. P., which are used in piezoelectric devices such as underwater sounders, Acoustic devices, delay lines, transducers and other ultrasonic generators and recipients. Quartz is probably the best known piezoelectric Material. Its popularity is largely due to its physical and chemical Stability. It generally reacts tightly with the constituents of the atmosphere is stable even after long periods of use and withstands relatively high physical levels Stresses. The organic matter, many of which were produced during the second world war Developed in anticipation of a quartz shortage, have in part been remarkable larger coupling coefficients, but dissolve in water, are chemically unstable and also unsuitable in other ways for many purposes, for which quartz is used will.

Für viele Zwecke besteht ein Bedürfnis nach einem piezoelektrischen Material, das einen höheren Kopplungskoeffizienten als Quarz hat und andererseits die ausgezeichneten physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Stoffes zeigt. In der Vergangenheit war es möglich, einige dieser Wünsche durch hermetisch eingeschlossene organische Kristalle zu erfüllen. Die Umschließungen werden so gestaltet, daß eine Umsetzung mit atmosphärischen Bestandteilen vermieden wird, aber mechanische Kopplung gestattet wird, gewöhnlich mit Hilfe von Gummi oder anderen nachgiebigen Umschließungsteilen. Von den bisher bekannten Kristallen, die einen piezoelektrischen Effekt zeigen, sind die meisten technisch nicht anwendbar, da ein großer Teil bereits wegen unzureichender chemischer Beständigkeit von vornherein ausscheidet. Andere Kristalle besitzen einen zu geringen -elektromechanischen Kopplungsfaktor und wieder andere einen zu hohen Temperaturkoeffizienten. In den meisten Fällen war es daher notwendig, weiterhin Quarz trotz seiner unzureichenden Energieumwandlung zu verwenden.There is a need for a piezoelectric for many purposes Material that has a higher coupling coefficient than quartz and on the other hand shows the excellent physical and chemical properties of this substance. In the past it was possible to meet some of these desires through hermetically sealed ones meet organic crystals. The enclosures are designed so that a Implementation with atmospheric components is avoided, but mechanical coupling is permitted, usually with the aid of rubber or other resilient containment parts. Of the previously known crystals that show a piezoelectric effect, most of them are technically inapplicable because a large part is already inadequate chemical resistance is eliminated from the start. Other crystals have one too low -electromechanical coupling factor and again others too high Temperature coefficient. In most cases it was therefore necessary to continue To use quartz despite its insufficient energy conversion.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Vorrichtung zu schaffen, die auch ohne besondere Abschirmungen chemisch und physikalisch beständig ist, und die auf Grund der hohen Kopplungskonstante des Kristalls hervorragend' für technische Anwendungen geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst; daß eine piezoelektrische Vorrichtung der genannten Art einen Einkristall aus Cadmiumsulfid enthält, dessen Leitfähigkeit bei Raumtemperatur durch Kompensation auf einen Wert von maximal 10-8 Ohm-' cm-' reduziert ist.The present invention is based on the object of a piezoelectric To create device that chemically and physically also without special shielding stable, and which is excellent due to the high coupling constant of the crystal ' is suitable for technical applications. This object is achieved according to the invention solved; that a piezoelectric device of the type mentioned is a single crystal Contains cadmium sulfide, whose conductivity at room temperature by compensation is reduced to a value of a maximum of 10-8 Ohm- 'cm-'.

Die Kompensationsmethodem verwenden beispielsweise das Erhitzen in Schwefeldampf bei hoher Temperatur oder beispielsweise das Eindiffundieren von Kupfer aus einer Oberflächenschicht.The compensation methods use heating in, for example Sulfur vapor at high temperatures or, for example, the diffusion of copper from a surface layer.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß Cadmiumsulfid viele der besten piezoelektrischen Eigenschaften der beiden genannten Klassen vorbekannter Verbindungen vereinigt. Das Material reagiert nicht mit den normalen Bestandteilen der Atmosphäre, löst sich nicht in Wasser und ist andererseits bekanntermaßen chemisch und physikalisch stabil. Seine maximale elektromechanische Kopplungskonstante liegt über 0,2 und schneidet günstig im Vergleich zum maximalen Koeffizienten für nach der x-Achse geschnittenen Quarz von 0,095 ab. Abgesehen von der Lichtempfindlichkeit sind andere bedeutsame Eigenschaften in piezoelektrischen Vorrichtungen im allgemeinen günstig. Sie werden hier beschrieben. -Cad'miumsulfid als Halbleitermaterial mit ii-Typ-Leitfähigkeit, wie es nach einem der üblichen bekannten Verfahren (beispielsweise aus der Dainpfphase oder aus dem Schmelzfluß) gezüchtet wird. hat in der Vergangenheit wegen seiner empfindlichen Photoleitfähigkeit beträchtliche Aufmerksamkeit erfahren. Obwohl es stets von n-Typ-Leitfähigkeit ist, schwankt der Widerstand des gezüchteten Materials in einem breiten Bereich, und es werden Werte von der Größenordnung 1 Ohm/cm bis zur Größenordnung 10'2 Ohm/cm oder mehr berichtet --- alles in der Dunkelheit gemessen. Wie hier berichtet wird, verlangt die Anwendung des Materials in einem piezoelektrischen Element einen Minimalwert für den Widerstand. Wie angegeben, wird für einige Zwecke verlangt, daß dies Minimum von der Größenordnung 108 Ohm -I cm-' ist.It has surprisingly been found that cadmium sulfide combines many of the best piezoelectric properties of the two classes of previously known compounds mentioned. The material does not react with the normal constituents of the atmosphere, does not dissolve in water and, on the other hand, is known to be chemically and physically stable. Its maximum electromechanical coupling constant is above 0.2 and compares favorably with the maximum coefficient for quartz cut along the x-axis of 0.095 . In addition to photosensitivity, other important properties in piezoelectric devices are generally beneficial. They are described here. -Cad'mium sulfide as a semiconductor material with ii-type conductivity, as it is grown by one of the customary known processes (for example from the steaming phase or from the melt flow). has received considerable attention in the past for its delicate photoconductivity. Although it is always of the n-type conductivity, the resistance of the material being grown varies widely and values from the order of 1 ohm / cm to the order of 10-2 ohm / cm or more are reported --- all in measured in darkness. As reported herein, the application of the material in a piezoelectric element requires a minimum value for resistance. As indicated, for some purposes this is required to be a minimum of the order of 108 ohms -I cm- '.

Für die Verwendung von Cadmiumsulfid ist wegen der aufgezählten Eigenschaften eine große Klasse von Geräten geeignet. Bei der Besprechung solcher Geräte werden die Zeichnungen herangezogen.The use of cadmium sulfide is due to the properties listed suitable for a large class of devices. When discussing such devices will be the drawings used.

F i g. 1 ist eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Unterwasserschallgebers mit einem gestapelten Cadmiumsulfidkristall als aktives Element; F i g. ? ist eine perspektivische Ansicht eines frei tragend und biegsam montierten zweiteiligen Elements, das gleichfalls, gemäß Erfindung, als piezoelektrisches Material Cadiniumsulfid verwendet; . F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Ultraschallverzögerungsstrecke unter erfindungsgemäßer Verwendung von Elementen aus Cadmiumsulfid. Bestimmung der elektrischen Eigenschaften Am Kristall wurden zwei Typen von Meßverfahren durchgeführt. Beim ersten Verfahren wurde das Muster von zwei parallelen, horizontalen Nylonfäden getragen und kapazitiv mit einer Apparatur gekuppelt, die aus einem Hochfrequenzsignalgenerator und einem Oszillographen bestand. Die kapazitive Kupplung wurde mit Hilfe zweier abgeschirmter Elektroden bewirkt. Diese Elektroden bestanden aus koaxialen Verbindungssteckern, wobei der Leiter für jeden Anschluß mittels einer an den äußeren Leiter angelöteten Unter-Iegscheibe abgeschirmt wurde. Der innere Leiter eines dieser Verbinder wurde an den Generator gelegt, der andere an den Oszillographen, und die äußeren Leiter wurden geerdet, ebenso wie die zweiten Zuführungen vom Generator und Oszillographen.F i g. Fig. 1 is a perspective view, partly in section an underwater sounder with a stacked cadmium sulfide crystal as the active one Element; F i g. ? Figure 3 is a perspective view of a cantilever and pliable mounted two-part element, which also, according to the invention, as a piezoelectric Material used cadinium sulfide; . F i g. 3 is a perspective view of a Ultrasonic delay line using elements according to the invention made of cadmium sulfide. Determination of the electrical properties on the crystal were two types of measurement methods are carried out. The first method was the pattern carried by two parallel, horizontal nylon threads and capacitive with an apparatus coupled, which consisted of a high-frequency signal generator and an oscilloscope. The capacitive coupling was effected with the help of two shielded electrodes. These electrodes consisted of coaxial connectors, with the conductor for each connection by means of a washer soldered to the outer conductor was shielded. The inner conductor of one of these connectors was attached to the generator the other to the oscilloscope, and the outer conductors were grounded, just like the second feeds from the generator and oscilloscope.

Während - dieser Messung wurde die abgegebene Frequenz des Generators stufenweise in einem Bereich von 100 KHz auf 10 MHz erhöht, und mit dem Oszillographen wurden entsprechend abgegebene Impulse beobachtet. Unterhalb des Resonanzbereichs wirkte der Kristall lediglich als einfaches dielektrisches Material, und am Ausgang. wurde keine Änderung beobachtet. Resonanzspitzen wurden an diesem Kri- ,toll bei 166 Kfiz und ganzen Vielfachen dieser Frequenz beobachtet. Die erste von diesen stellt die Resonanrgrundwellenlänge in diesem Cadiniunisulfidstab dar. Aus der Gleichung in welcher r = Geschwindigkeit in cm sec, Frequenz in Hertz, L - Kristallänge in cm darstellt, wurde die Schallgeschwindigkeit auf 3 9 - 10' ciu sec berechnet.During this measurement, the generated frequency of the generator was gradually increased in a range from 100 KHz to 10 MHz, and correspondingly emitted pulses were observed with the oscilloscope. Below the resonance range, the crystal only acted as a simple dielectric material, and at the exit. no change was observed. Resonance peaks were observed at this Kri-, toll at 166 Kfiz and whole multiples of this frequency. The first of these represents the fundamental resonance wavelength in this cadinium sulfide rod. From the equation in which r = speed in cm sec, frequency in Hertz, L - crystal length in cm, the speed of sound was calculated to be 3 9-10 'ciu sec.

Der piezoelektrische Kopplungskoeffizient wurde aus diesen Messungen nach der Resonanz-Antiresonanz-Methode berechnet (vgl. W. P. NI a s o n, »Piezoelektrisclie Kristalle und ihre Anwendungen auf Ultraschalk<, Kapitel 5 [l95(1], D. Von Nostrand Conipany, Inc.). Da dort tatsächlich ein merkliches" überlagerndes Feld vorhanden war, ist der so erhaltene Wert nicht zu weitgehend. Diese Messung war hauptsächlich insofern von Wert, als sie feststellte, daß die Kristalle Resonanz zeigen, d. h., daß sie piezoelektrisch sind und als Basis zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in diesem Material dienen. Der tatsächliche Kopplungskoeffizient wurde auf Grund einer direkten Messung der piezoelektrischen Konstanten d33 genauer bestimmt.The piezoelectric coupling coefficient was obtained from these measurements calculated according to the resonance-antiresonance method (cf. W. P. NI a s o n, »Piezoelektrisclie Crystals and their applications to ultrasound <, Chapter 5 [195 (1], D. Von Nostrand Conipany, Inc.). Since there is actually a noticeable "overlapping field" the value obtained in this way is not too great. This measurement was main Of value in that it found the crystals to resonate; H., that they are piezoelectric and as a basis for determining the speed of sound serve in this material. The actual coupling coefficient was due to a direct measurement of the piezoelectric constant d33 determined more precisely.

Direkte Messung der piezoelektrischen Konstante Der zii messende Kristall wurde in einer Apparatur zwischen eine justierbare untere Elektrode und eine bewegliche obere Elektrode gebracht und elektrisch damit verbunden. Die obere Elektrode war am Ende einer Blattfeder aus Phosphorbronze befestigt und elektrisch geerdet. Die untere Elektrode wurde so justiert, daß der Kristall die obere Elektrode berührte. Die übrige Apparatur hatte eine Vorrichtung, um einen berechneten Druck auf das obere Ende des Kristalls auszuüben, ferner einen Luftkondensator bekannter Kapazität, um die Abklingzeit zu verringern und ein Vibrationselektrometer zur Messung der erzeugten Spannung. Je ein Anschluß jedes dieser drei Elemente wurde geerdet. Die anderen Anschlüsse wurden elektrisch so verbunden, daß der Kristall, der Luftkondensator und das Elektrometer parallel geschaltet waren. Die Wirkung einer auf den Kristall ausgeübten Kraft war eine Änderung der Ladung auf dem Kondensator dank des piezoelektrischen Effektes, welcher durch die Änderung der vom Elektrometer gemessenen Spannung bestimmt werden konnte.Direct measurement of the piezoelectric constant The zii measuring crystal was placed in an apparatus between an adjustable lower electrode and a movable one brought upper electrode and electrically connected to it. The top electrode was attached to the end of a phosphor bronze leaf spring and electrically grounded. the lower electrode was adjusted so that the crystal touched the upper electrode. The rest of the apparatus had a device to apply a calculated pressure to the exercise upper end of the crystal, furthermore an air condenser of known capacity, to reduce the decay time and a vibration electrometer to measure the generated tension. One connection for each of these three elements was grounded. the other connections were electrically connected so that the crystal, the air condenser and the electrometer were connected in parallel. The effect of one on the crystal exerted force was a change in the charge on the capacitor thanks to the piezoelectric Effect, which is determined by the change in the voltage measured by the electrometer could be.

Zwei Vorsichtsmaßnahmen wurden ergriffen, um apparaturbedingte Fehler zu vermeiden. Drei verschiedene Gewichte wurden aufgelegt und Ablesungen gemacht, um Fehler infolge der Federspannung auszugleichen. Die piezoelektrischen Konstanten, die auf der Basis einer Messung jedes so entwickelten Feldes bestimmt wurden, zeigten einen Maximalfehler von 5%. Um eine Basis für die Bestimmung der in die Schaltung eingeführten Streukapazität zu besitzen, wurde der Wert des Luftkondensators über einen Bereich von 200 bis 1600 pF verändert. Es wurde festgestellt, daß die Fehler infolge solcher Streukapazitäten innerhalb des Versuchsfehlers lagen und vernachlässigt werden konnten. Auf der Basis dieser Messung wurde die piezoelektrische Konstante d33 zu 3,2 - 10' stat. Coulombldyn bestimmt.Two precautionary measures were taken to avoid apparatus-related errors. Three different weights were applied and readings taken to compensate for errors due to spring tension. The piezoelectric constants determined on the basis of a measurement of each field thus developed showed a maximum error of 5%. In order to have a basis for determining the stray capacitance introduced into the circuit, the value of the air capacitor was varied over a range from 200 to 1600 pF. It was found that the errors due to such stray capacitances were within the experimental error and could be neglected. Based on this measurement, the piezoelectric constant d33 became 3.2-10 'stat. Coulombldyn determined.

Das gesamte hexagonale Wurtzit-System wird durch drei Tensor-Koptponenten bestimmt. Außer d33 sind dies noch d31 und c1,5. Für dieses System ist die d;"-Komponente größer als irgendeine der anderen. Dank dieser Tatsachen werden viele Geräte so entworfen, daß man den vorteilhaften Koeffizienten in dieser Richtung wahrnimmt. Für gewisse andere Zwecke jedoch, beispielsweise wo die Schubbeanspruchung erwünscht ist oder wo man komplizierte Kristallschnitte zu Hilfe nimmt, die zur Kompensation der Temperaturänderung des piezoelektrischen Effektes dienen, kann auch eine der anderen Komponenten verwendet werden. Auf Grund von Studien in diesen und anderen Systemen kann man das Verhältnis von d31 und dls zu d33 von der Größenordnung -0,4.d33 und -0,8-(13, schätzen, so daß angenäherte Werte für d32 und r115 zu -1,3 - 10 -' stat. Coulombidyn und -2;6 - 10-- stat. Coulomb dyn angezeigt werden.The entire hexagonal wurtzite system is represented by three tensor head components certainly. Besides d33 these are also d31 and c1,5. For this system is the d; "component bigger than any of the others. Thanks to these facts, many devices become so designed so that one perceives the advantageous coefficient in this direction. However, for certain other purposes, for example where shear stress is desired or where complicated crystal cuts are used to compensate serve to change the temperature of the piezoelectric effect, one of the other components are used. Based on studies in these and others Systems the ratio of d31 and dls to d33 can be of the order of magnitude -0.4.d33 and -0.8- (13, estimate so that approximate values for d32 and r115 are -1.3 - 10 - ' stat. Coulombidyn and -2; 6 - 10-- stat. Coulomb dyn are displayed.

Die Bestimmung des Wertes für den Kopplungs- -koeffizienten k erfordert die Kenntnis bestimmter anderer Eigenschaften. Diese Eigenschaften begünstigen einen hohen Wert für k. Demgemäß benutzt man die Elastizitätskonstanten von Cadmiumsulfid, wie sie von D.1. Bolef, N.T. Melamed und M. M e n e s, Bulletin of the American Physical Society, Serie II, Bd. 5, S. 169, angegeben werden.The determination of the value for the coupling coefficient k requires knowledge of certain other properties. These qualities are beneficial to you high value for k. Accordingly, the elastic constants of cadmium sulfide are used, as described by D.1. Bolef, N.T. Melamed and M. M e n e s, Bulletin of the American Physical Society, Series II, Vol. 5, p. 169.

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Cadmiumsulfid sind bekannt. Im allgemeinen reagiert dies Material nicht mit den gewöhnlichen Bestandteilen der Atmosphäre und kann Temperaturen bis zu etwa 9(i0 C widerstehen. Auf Grund der dargelegten Eigenschaften eignet sich piezoelektrisches Cadmiumsulfid in einer Vielzahl von Geräten. Drei derartige Geräte sind schematisch in den Figuren gezeigt. Alle drei Geräte sind in Standardausführung und an anderer Stelle beschrieben (vgl. »Piezotronische technische Werte«, veröffentlicht von der Brush Elektronics Company, 1953, S. 5 [F i g. 1] und S. 8 [F i g. 2]).The physical and chemical properties of cadmium sulfide are known. In general, this material does not react with the usual constituents of the atmosphere and can withstand temperatures up to about 9 (i0 C. Due to the Piezoelectric cadmium sulfide is suitable in a large number of properties of devices. Three such devices are shown schematically in the figures. All three devices are described in the standard version and elsewhere (see »Piezotronic technical values, ”published by Brush Electronics Company, 1953, p. 5 [Fig. 1] and p. 8 [Fig. 2]).

F i g. 1 zeigt einen typischen Unterwasserschallgeber, der einen Stapel 2 dünner parallel miteinander verbundener Cadmiumsulfidplättcheii 3 zeigt. Der Zweck dieser gestapelten Ausführung, die durch nicht mitabgebildete, dazwischengeschobene Elektroden-Folien miteinander verbunden sind, liegt im Erhalt einer größeren Kapazität oder geringen Impedanz, die mit einem einzelnen dicken Kristallblock der gegebenen Dimensionen nicht erreichbar ist. Die Umhüllung 4 des Gehäuses 1 besteht aus Gummi oder einem anderen flexiblen Material, das so angeordnet ist, daß es unter dem Einfluß eines angelegten hydrostatischen Drucks nachgibt.F i g. 1 shows a typical underwater sound generator, which shows a stack 2 of thin cadmium sulfide platelets 3 connected in parallel to one another. The purpose of this stacked design, which are connected to one another by interposed electrode foils (not shown), is to obtain a greater capacitance or lower impedance, which cannot be achieved with a single thick crystal block of the given dimensions. The envelope 4 of the housing 1 is made of rubber or some other flexible material which is arranged so that it yields under the influence of an applied hydrostatic pressure.

Die Kopplung mit dem Kristallstapel erfolgt durch 01 oder ein anderes flüssiges Medium 5, welches den gesamten Zwischenraum zwischen Stapel 2 und Hülle 4 anfüllt. Alle Platten 3 sind in der gleichen Art crientiert, nämlich mit 'der C -Achse oder 3-Richtung senkrecht zu den breiten Flächen, welche horizontal angeordnet sind. Elektrischer Kontakt erfolgt durch die Elektroden 6, 7, die so angeordnet sind, daß sie das Feld gleichfalls in der C-Richtung abnehmen oder erregen. Die abgebildete Vorrichtung benutzt also die d33-piezoelektrische Konstante.The coupling with the crystal stack takes place by 01 or another liquid medium 5 which fills the entire space between the stack 2 and the shell 4. All plates 3 are oriented in the same way, namely with 'the C -axis or 3-direction perpendicular to the broad surfaces which are arranged horizontally. Electrical contact is made through the electrodes 6, 7, which are arranged so that they also pick up or excite the field in the C-direction. The device shown uses the d33 piezoelectric constant.

Der Unterwasserschallgeber nach F i g. 1 ist sowohl als Sender wie als Empfänger geeignet. Als Sender wird das Feld durch den Kristallstapel mittels Elektroden erregt und die so erzeugte physikalische Schwingung durch das 1ilmedium 5 und die Gummihülle 4 auf das umgebende Medium übertragen. Fi g.' zeigt ein frei tragend montiertes, biegsames. zweiteiliges Stück. wie es als Tonabnehmer mit Kristallnadel Verwcildutig finden kann. Das gezeigte Element bestellt aus Cadmluii)sulfidpl;ittchcn 10 und 11. die beide Finit gleichlaufender. aber entgegengesetzt orientierter C-Achse 111 Längsrichtung angeordnet sind, so daß ein Druck auf Element 10 und ein Zug an Element 1l ein elektrisches Feld gegebener Richtung erzeugt. Die Plättchen 10 und 11 werden durch Weichgummi- oder Kunststoffkissen 12 und 13 fest zusammengepreßt. Die Anwendung einer Kraft an Punkt 14, etwa die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung eines Stiftes auf der Tonspur einer sich drehenden Schallplatte erzeugt eine Wechselspannung zwischen den Elektroden 15 und 16. The underwater sound generator according to FIG. 1 is suitable both as a transmitter and as a receiver. As a transmitter, the field is excited by the crystal stack by means of electrodes and the physical oscillation thus generated is transmitted through the medium 5 and the rubber cover 4 to the surrounding medium. Fi g. ' shows a cantilever mounted, flexible one. two piece piece. as it can be found as a pickup with a crystal needle. The element shown ordered from Cadmluii) sulfide plates 10 and 11, the two finite co-rotating. but oppositely oriented C-axis 111 are arranged in the longitudinal direction, so that a pressure on element 10 and a pull on element 11 generates an electric field in a given direction. The platelets 10 and 11 are firmly pressed together by soft rubber or plastic cushions 12 and 13. The application of a force at point 14, such as moving a pen back and forth on the sound track of a spinning record, creates an alternating voltage between electrodes 15 and 16.

Das Gerät der F i g. 3 ist eine Ultraschallverzögerungsstrccke. Die Vorrichtung besteht aus den Cadmiumelementen 22 und 24. Jedes der Elemente 22 und 24 hat niedergeschlagene oder anderweitig an den ebenen Flächen angebrachte Elektroden, die ihrerseits elektrisch finit den 22 und 23 für Element 20 und 24 und 25 für Element 21 verbunden sind. Die Elemente 20 und 21 werden finit dem Quarzglasverzögerungsclement 26 verkittet, welches der Ubertragung der physikalischen Schwingungen von einem: piezoelektrischen Element zum andern dient. Im Betrieb ergibt ein dem Element 20 durch die Zuführungen 22 und 23 aufgedrücktes Signal ein Feld ein diesem Element. wodurch eine Schwingung im Kristall hervorgerufen wird. Diese Schwingung wird' mit einer dem Signal entsprechenden Frequenz durch das Verzögerungselement 26 Übermittelt und ergibt eine gleiche Schwingung im piczoelektrischen Element 21. Das entstehende Signal, das an den Zuführungen 24 und 25 hervorgerufen wird. ist %-()n der gleichen Frequenz wie das durch die Zurtihrungen 22 und 23 eingeleitete: Eine typische Vorrichtung dieser Klasse kann eine Länge von etwa 13 ein und einen quadratischen Querschnitt von etwa ? cm Seitenlänge haben. Erträgliche Leitfihigkeits)verte können auf Basis tragbarer Q-Werte gemäß folgender Beziehung Q - R(-iC, errechnet werden, worin Q ein »(iiitefiktor« ist, ferner K der Widerstand im Kristall und (., 2.t = 1 die Betriebsfrequenz. (', i,t die Bcwegungskaparität des Kristalls. die als Maß der elektrischen Kapazität und der elektromechanischen Kopplungskonstalltc von der Gleichung ausgedrückt wird.The device of FIG. 3 is an ultrasonic delay line. The device consists of the cadmium elements 22 and 24. Each of the elements 22 and 24 has electrodes deposited or otherwise attached to the flat surfaces, which in turn are electrically connected to the finite 22 and 23 for element 20 and 24 and 25 for element 21 . The elements 20 and 21 are cemented to the quartz glass delay element 26 , which is used to transmit the physical vibrations from one piezoelectric element to the other. In operation, a signal impressed on element 20 by leads 22 and 23 provides a field on that element. which causes an oscillation in the crystal. This oscillation is transmitted by the delay element 26 at a frequency corresponding to the signal and results in an identical oscillation in the piczoelectric element 21. is% - () n of the same frequency as that introduced by the Zurtihrungen 22 and 23: A typical device of this class can have a length of about 13 a and a square cross-section of about? cm side length. Tolerable conductivity values can be calculated on the basis of acceptable Q values according to the following relationship Q - R (-iC, where Q is a "(iiitefictor"), K is the resistance in the crystal and (., 2.t = 1 the operating frequency . (', i, t is the movement capacity of the crystal, which as a measure of the electrical capacitance and the electromechanical coupling constants of the equation is expressed.

Wählt man k # (1.4i und die Dielektrizitätskonstante zu a._'. so nird Cl = 4.; - 10-12l.If one chooses k # (1.4i and the dielectric constant to a._ '. Then Cl = 4 .; - 10-12l.

wobei die Leitfähigkeit in Ohin-1 cm ` angegeben ist. Auf Basis dieser Beziehung kann man errechnen. daß ein trittbarer Q-@V'ert % (in 1(x1 seinerseits einer Leitfähigkeit bei Ratimteinperatur von 10-'t ()hin-' ein- ` bei einer Arbeitsfrequenz von ?0(1 KHz entspricht. Erwägt man, daß im allgemeinen die meisten Geräte einen Minimalwert die,er Größe verlangen. so wird ein Leitfihigkeitswert 1 (in 10 -R Ohm t ein -' für not- nendig erachtet. Für viele Geräte werden größere Werte gewünscht, was seinerseits eine minimale Leit- flhlgkeit 1!o11 1(1-1 Ohnl-1 cln-t anzeigt. Diesel' Leit- fhigkeitswert wird daher als die untere Grenze erachtet. Es ist bekannt, daß (.adlllllilllsulf d einen deutlichen Photoleitfähigkeitseffekt zeigt. Es ist gezeigt worden, daß ein minimaler tragbarer Leitfihigkcitswert existiert, unterhalb dessen die piezoelektrische Wir- kung deutlich gedämpft wird. Da der Fotoeffekt einen deutlichen Abfall des Widerstandes in Gegenwart voll Ficht bewirkt, ist es klar. daß ein piezoelcktriselles Gerät tnit Cadiniumsulfid ausreichend allgedeckt %-crdcn maß. um ein Uberschreiten des kleinsten trag- baren Lcitfihigkcitswertes zii vermeiden. Auch wo eine Amplitudelländerung des abgegebenen Signals vermieden werden inuß. ist es notwendig, das Elcinent abzuschirmen, um eitle Änderung des Widerstandes zu vermeiden, auch wenn das durch die Photolcit- fihigkeit bestimmte Miriinuin oberhalb der tragbaren (Grenze liegt. Die Erfindung ist an Hand einer begrenzten Anzahl beispielhafter Ausführungsformell beschrieben wor- den. Aus den dargelegten Materialeigenschaften ist es offenbar, daß diese Ausführungsformen in keiner Weise eine erschöpfende Aufzählung bilden. Iin all- gemeinen wird gemäß Erfindung das piezoelektrischc Material als brauchbar für alle bekannten piczo- elektrischen Geräte betrachtet. vorausgesetzt. daß deren Ausbildung wenigstens einen der Faktoren der Komponenten des piezoelektrlschen Tensors dar- stellen, der von Null verschieden ist. d. 11. (1;;. l131. '42- (1" und (I_,. Wie bekannt ist. können geschnittene Kristalle vorteilhaft die eine oder andere der Tenso- Komponenten in Kombination miteinander nutzbar machen, beispielsweise zur Herabsetzung des piezo- elcktrischen T@eit)per@tturkoefliricnten. where the conductivity is given in Ohin-1 cm `. One can calculate on the basis of this relationship. that a passable Q- @ V'ert% (in 1 (x1 in turn corresponds to a conductivity at a ratio of 10-'t () to- 'in' at an operating frequency of? 0 (1 KHz. If one considers that in general Most devices require a minimum value that the size requires. A conductivity value of 1 (in 10 -R Ohm t a - ' for emergency considered finite. For many devices will be larger Values are desired, which in turn is a minimal guideline 1! o11 1 (1-1 Ohnl-1 cln-t displays. Diesel 'lead skill value is therefore considered the lower limit deems. It is known that (.adlllllilllsulf d a clear Shows photoconductivity effect. It has been shown that a minimum portable conductivity value exists, below which the piezoelectric effect effect is significantly attenuated. Since the photo effect is a clear drop in resistance in the presence of full Ficht causes it, it is clear. that a piezoelck triselles Device with cadinium sulfide sufficiently covered % -crdcn measure. in order to exceed the smallest possible Avoid accessible efficiency values. Also where a change in the amplitude of the output signal must be avoided. it is necessary to the Elcinent shield to vain change in resistance to be avoided, even if this is caused by the ability certain Miriinuin above the portable (Limit lies. The invention is on hand of a limited number exemplary embodiment has been described the. From the material properties set out, it is apparently that these embodiments in none Form an exhaustive list. In all- what is common according to the invention is the piezoelectric Material as usable for all known piczo- electrical devices considered. provided. that their training at least one of the factors the components of the piezoelectric sensor that is different from zero. d. 11. (1 ;;. L131. '42 - (1 " and (I_,. As is known. Can cut Crystals advantageous one or the other of the tenso- Components can be used in combination with one another make, for example to reduce the piezo Electronic T @ eit) per @ tturkoefliricnten.

Claims

Claims: 1. Piezoclicktrischc device. at which at least a piezoelectric single crystal is provided with electrodes on two sides. G ekcnnzciclinet by using a single crystal of cadmitlin sulphide. its conductivity at room temperature by con) pcnsation to a fourth full maximum of 10, () towards' cill-t is reduced.

2. Piezoelectric device according to claim 1, characterized. that the crystal consists of a thin perpendicular to the crystallographic ('-axis ordered cut slice.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the crystal is cut parallel to its crystallographic C-axis.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at each end of an ultrasonic delay line (26) at least one C.idinium sulfide crystal (20, 21) is provided. #. 1. Apparatus characterized denotes overall claim. that two single crystals (10. 11) with parallel C-axes directed against each other are arranged flat on top of one another and are mechanically clamped in at least one point and that two flex electrodes (15. 16) are arranged in such a way. that each of them touches both crystals on planes perpendicular to the C axis l-running.