DE1648625A1

DE1648625A1 - Electromechanical converter

Info

Publication number: DE1648625A1
Application number: DE19671648625
Authority: DE
Inventors: Takehiro Tuzaki; Akio Yamashita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1966-11-28
Filing date: 1967-11-17
Publication date: 1971-02-25
Also published as: NL6716010A; NL152741B; GB1209647A; DE1648625B2

Description

DIPPING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANNDIPPING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN PottKhadc-IConto: IaHk-KOnIe: Telefon TaL-A*.PottKhadc-IConto: IaHk-KOnIe: Telephone TaL-A *. DrMdMrKMkAO. _ iil (WfIt MIf tfDrMdMrKMkAO. _ iil (WfIt MIf tf

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(Kutternwnn-PMMiQ·)(Kutternwnn-PMMiQ ·)

f 7. Nov. 1967f Nov. 7, 1967

MATSUSHITA ELECTRIC IIDUSTEIAL CO;,LTD, Osaka/Japan Elektromechanischer WandlerMATSUSHITA ELECTRIC IIDUSTEIAL CO;, LTD, Osaka / Japan Electromechanical converter

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler, und zwar einen Wandler, bei dem von einer heterogenen Grenzschicht zwischen zwei verschiedenen Halbleitern Gebrauch gemacht wird.The invention relates to an electromechanical transducer, specifically a transducer in which a heterogeneous boundary layer use is made between two different semiconductors.

Die meisten bekannten elektromechanischen Wandler benützen ein Halbleiterbauelement, das eine p-n-Grenzschicht, eine Eandschicht oder einen Piezo-Effekt aufweist. Bei allen diesen Bauelementen erfolgt die Umwandlung,eines mechanischen in ein elektrisches Signal in einem einzigen Halbleiterkörper.Use most known electromechanical converters a semiconductor component that has a p-n boundary layer, an Eandschicht or a piezo effect. At all These components are converted from a mechanical signal into an electrical signal in a single semiconductor body.

Erfindungsgemäß wird nun zum Erhalt eines elektromechanischen Wandlers mit höherer Druckempiindlichkeit ein Bauelement benützt, das eine von zwei verschiedenen Saaten von Halbleitern gebildete Grenzschicht oder eine heterogene Grenzschicht auf-According to the invention, a component is now used to obtain an electromechanical transducer with a higher pressure sensitivity uses one of two different seeds of semiconductors formed boundary layer or a heterogeneous boundary layer

109809/0609 ²"109809/0609 ² "

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weist.shows.

Es ist bekannt, daß in einer heterogenen Grenzschicht eine ungleichförmige Feldverteilung auftritt. Das ist eine ji'clge der Tatsache, daß im Unterschied.zu einer p-n-Grenzschicht eine Differenz zwischen der Minimalenergie des Leitungsuanues und der Maximalenergie des Valenzbandes besteht. Eriinüim₆sgemäß kann nun die Lebensdauer von durch die heterogene Grerizschicht fließenden Ladungsträgern dadurch verändert werden und der Strom dadurch erhöht werden, daß man auf die "Grenzschicht einen Druck einwirken läßt. Wird die Lebensdauer der Ladungsträger kurz, so steigt der Strom a:·». Wird also aufgrund des einwirkenden Drucks die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzt, so steigt der Strom an, und die Vorrichtung kann als elektromechanischer Wandler benutzt werden. Psr Unterschied gegenüber dem Verhalten von herkömmlichen p-n-Grenzschiehten od. dgl. besteht darin, daß die Druckwirkung eine Folge der ungleichförmigen Feldverteilung im Bereich der heterogenen Grenzschicht ist.It is known that a non-uniform field distribution occurs in a heterogeneous boundary layer. This is due to the fact that, unlike a pn boundary layer, there is a difference between the minimum energy of the conduction value and the maximum energy of the valence band. . Eriinüim ₆ convention under can now service life be changed by passing through the heterogeneous Grerizschicht carriers thereby and the current can be increased by the fact that is allowed to act pressing the "boundary layer If the lifetime of carriers short, the current a rising: ·" If the service life of the charge carriers is shortened due to the applied pressure, the current increases and the device can be used as an electromechanical converter The consequence of the non-uniform field distribution in the area of the heterogeneous boundary layer is.

In einem derartigen Wandler hängt die Empfindlichkeit vom Abstand ab, den die heterogene Grenzschicht von der aruci:- beaufschlagten Oberfläche hat. Die Empfindlichkeit steigt, wenn dieser Abstand kleiner wird. Es ist also eine Anordnung vorzu-In such a transducer, the sensitivity depends on the distance the heterogeneous boundary layer from the aruci: - applied surface has. The sensitivity increases as this distance becomes smaller. So there is an order to be

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BAD OFUGtNAlBAD OFUGtNAl

ziehen, bei der ein Halbleiter den Druck über eine dünne Hai; leiterschicht aufnimmt.pulling a semiconductor pressure over a thin shark; picks up conductor layer.

Us ist weiter bekannt, daiä in heterogenen Grenzschichten aui^rund der Unterschiede in den Gitterkonstanten eine große Laiil von Versetzungen auftritt. Wird nun ein ein tiefes Ener-* kieniveau bildender Störstofi der heterogenen Grenzschicht Ui^Gt,eoon, so wird der Storstoif in der liähe der heterogenen JrenLL^:chicht in hoher" Konzentration angehäuft. Dadurch kann aio imickempfindlichkeit der heterogenen Grenzschicht noch angehoben werden.It is also known that a large number of dislocations occur in heterogeneous boundary layers due to the differences in the lattice constants. Is now a deep energy * kieniveau visual Störstofi heterogeneous boundary layer Ui ^ Gt eoon, so the Storstoif in liähe heterogeneous JrenLL ^is: chicht piled high "concentration makes it possible aio imickempfindlichkeit heterogeneous boundary layer be raised..

i»ach einem Merkmal der Erfindung wird also ein elektrode ohüni scher Wandler mit hoher Druckempfindlichkeit durch Verwendung heterogener Grenzschichten erzielt.One of the features of the invention is therefore an electrode ohüni scher transducer with high pressure sensitivity through use heterogeneous boundary layers achieved.

i<ach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dieser heterogenen Grenzschicht des elektromechanisehen Wandlers ein Stcrstuff Kuge^eüen, der ein tiefes Snergieniveau bildet.Another feature of the invention is this heterogeneous boundary layer of the electromechanical transducer Stuff ball that creates a deep level of energy.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und iierkmale der Mrlindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, .und zwar zeigenMore details, advantages and characteristics of the invention result from the following description. In the drawing, the invention is illustrated, for example, . and show

109809/0609109809/0609

BAD ORfQ(NALBAD ORfQ (NAL

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen elektro- ·Fig. 1 is a section through an inventive electrical ·

mechanischen Wandler,
■ ' Fig. 2 Spannungs-Strom-Kennlinien des Wandlers nach Fig. 1,mechanical transducer,
■ 'Fig. 2 voltage-current characteristics of the converter according to Fig. 1,

und
Fig. 5 Spannungs-Strom-Kennlinien einer anderen Ausführungs-and
Fig. 5 Voltage-current characteristics of another embodiment

form der lirfindung.form of discovery.

Fig. 1 zeigt schematisch zwei Halbleiter 11 und 12 von verschiedener Art, mit denen Elektroden 13 bzw. 14 in Ohin*sohem kontakt stehen* Ein Druekübertragungskopf Vj ermöglicht es, eine heterogene Grenzschicht 1b zwischen den Halbleitern 11 und 12 mit Druck zu beaufschlagen.Fig. 1 shows schematically two semiconductors 11 and 12 of different kinds, with which electrodes 13 and 14 in Ohin * sohem are contactless * A Druekübertragungskopf PY allows a heterogeneous boundary layer 1b between the semiconductors 11 and pressurize 12.

Erfindungsgemäß wird auf der Oberfläche eines n-leitendenAccording to the invention, on the surface of an n-type

2O₇ ■ Siliciumhalbleiters mit einem spezifischen Widerstand von'Ohm-cm2O ₇ ■ silicon semiconductor with a specific resistance of'Ohm-cm

eine dünne GaAs-Schicht vakuumaufgedampft. Mit dem Silicium_k halbleiter wird eine Au (0,8*ί Sb)-Elektrode und mit der dünnenvacuum deposited a thin GaAs layer. With the silicon _k semiconductor becomes an Au (0.8 * ί Sb) electrode and with the thin one

GaAs-Schicht eine Sn-Elektrode verbunden. So entsteht ein Bauelement vom in Fig. 1 gezeigten Aufbau. Fig. 2 zeigt Spannungs-Strom-Kennlinien dieses Bauelementes. Kurve 21 ist dabei die . fiückwärts-Kennlinie ohne Druckeinwirkung. Kurve 22 zeigt die fiückwärts-Kennlinie bei Einwirken eines Druckes von 3 χ 10 g/cm Die Kurven 23 und 24 geben die Kennlinien in VorwärtsrichtungGaAs layer connected to an Sn electrode. This is how a component is created of the structure shown in FIG. Fig. 2 shows voltage-current characteristics this component. Curve 21 is the one. reverse characteristic curve without the effect of pressure. Curve 22 shows the reverse characteristic when a pressure of 3 χ 10 g / cm is applied The curves 23 and 24 give the characteristics in the forward direction

-5-109809/0609 -5-109809 / 0609

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

ohne Druckeinwirkung bzw. beim Einwirken eines Drucks vonwithout the action of pressure or with the action of a pressure of

3 2
3 x 10 g/cm . Bei herkömmlichen p-n-Grenzsehichten od. dgl.3 2
3 x 10 g / cm. With conventional pn boundary layers or the like.

tritt eine Änderung des Stroms in Abhängigkeit vom einwirkenden Druck erst bei Druckwerten von 10 bis 10 g/cm auf. Die Empfindlichkeit ist also bei der erfindungsgemäßen Vorrichtungthere is a change in the current depending on the acting Print only at pressure values of 10 to 10 g / cm. The sensitivity is therefore in the device according to the invention

2 3
um einen Faktor 10 bis 10 verbessert. Man schreibt das der Wirkung der ungleichförmigen Feldverteilung in der heterogenen Grenzschicht zu.2 3
improved by a factor of 10 to 10. This is attributed to the effect of the non-uniform field distribution in the heterogeneous boundary layer.

Fig. 3 zeigt die Spannungs-Strom-Kennlinie eines elektromechanischen Wandlers, der entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Darstellung aufgebaut ist, jedoch in der heterogenen Grenzschicht des Halbleiters einen Störstoff zugesetzt erhielt, der ein tiefes Energieniveau bildet. Als ein tiefes Energieniveau bildender Störstoff' in der heterogenen Grenzschicht wird Au von beiden Seiten in den Si-Halbleiter und die GaAs-Schieht eindiffundiert. In Fig. 3 zeigen die Kurven 21 und 22 wieder die ßückwärts-Kennlinien ohne Druckeinwirkung und der EinwirkungFig. 3 shows the voltage-current characteristic of an electromechanical Converter, which is constructed according to the representation shown in Fig. 1, but in the heterogeneous boundary layer of the semiconductor received an impurity added, which forms a low energy level. As a deep energy level forming impurities in the heterogeneous boundary layer, Au is diffused from both sides into the Si semiconductor and the GaAs layer. In Fig. 3, the curves 21 and 22 again show the reverse characteristics without the action of pressure and the action

3 2
eines Drucks von 3 χ 10 g/cm . Ebenso zeigen die Kurven 23 und 24 die Vorwärts-Kennlinien ohne Druckeinwirkung und bei3 2
a pressure of 3 10 g / cm. Likewise, curves 23 and 24 show the forward characteristics without the action of pressure and at

3 2 Einwirkung eines Drucks von 3 x 10 g/cm .3 2 Application of a pressure of 3 x 10 g / cm.

In den beiden erläuterten ausfuhrungsformen wurden zum Bilden der heterogenen Grenzschicht Si und GaAs benützt. Selbst-In the two embodiments explained, Si and GaAs were used to form the heterogeneous boundary layer. Self-

109809/0609 ^b 109809/0609 ^b

verständlich können auch andere Halbleiter wie Ge, GaSb, InAs, CdS, usw. benützt werden. Es ist weiter vorteilhaft, den einen Halbleiter in Form einer dünnen Schicht zu benützen. Je nach der Art des dafür verwendeten Halbleiters kann jede beliebige Methode zum Aufbringen dünner Schichten angewendet werden, ce L-spielsweise das Vakuumaufdampfen, die Dampfphasen-iieaKtionsmethode, die Flüssigphasen-Iieaktionsniethode usw. Für die Elektroden kann jedes Material-benutzt werden, mit dem sich ein Ohm¹scher oder ein gleichrichtender Kontakt mit dem Haioieiier herstellen laßt. Die Anordnung der Elektrode kann, wie in u'ig. 1 gezeigt, vorgenommen werden. Selbstverständlich kann aber auch die Elektrode 14 über die gesamte Oberfläche des Halbleiters ausgedehnt sein.Understandably, other semiconductors such as Ge, GaSb, InAs, CdS, etc. can also be used. It is also advantageous to use the one semiconductor in the form of a thin layer. Depending on the type of semiconductor used for this purpose, any desired method for applying thin layers can be used, for example vacuum vapor deposition, the vapor phase reaction method, the liquid phase reaction method , etc. Any material can be used for the electrodes that can be used ^{Let establish an ohmic 1} shear or a rectifying contact with the shark egg. The arrangement of the electrode can, as in u'ig. 1 shown. Of course, however, the electrode 14 can also be extended over the entire surface of the semiconductor.

Aus der Beschreibung des erfindungsgeiaaßen eiektromechanischen Wandlers geht hervor, daß er eine hohe Druckempfindlichkeit hat und deshalb als Schalter, als logisches Schaltkreiselement, als Verstärkungseiement oder dergleichen verwendet werden kann. Lr hat so einen weiten industriellem Anw endungsb er e i cn.From the description of the electromechanical according to the invention The converter shows that it has a high sensitivity to pressure and therefore as a switch, as a logic circuit element, as a reinforcement element or the like can be used. Lr has such a wide industrial one RANGE OF APPLICATION.

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Claims

Ι6ί&62βΙ6ί & 62β

Fatentane test:

ί Electromechanical transducer, characterized in that a mechanical signal is given to a heterogeneous boundary layer between two different types of semiconductors the sum removal of the electrical signal obtained by converting the mechanical signal electrodes are attached bind.

2. Electromechanical converter according to claim 1, characterized characterized in that the heterogeneous boundary layer is doped with low-level interfering substances.

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