DE1766913A1

DE1766913A1 - Elektromechanisches Filter und Verfahren zur Herstellung dieses Filters

Info

Publication number: DE1766913A1
Application number: DE19681766913
Authority: DE
Inventors: Engeler William Ernest; Marvin Garfinkel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1968-08-10
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1238035A; US3614678A

Description

5640 General Electric Company, Schenectady N.Y.,USA

iilektromechanisches Filter und Verfahren zur Herstellung dieses Filters

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter, das für monolithische integrierte Schaltungen geeignet ist.

Elektromechanische Filter oder Resonatoren werden bislang aus kristallinem Quarz hergestellt, der so geschnitten ist, daß er mechanisch in Resonanz schwingt, wenn er elektrisch mit der mechanischen Resonanzfrequenz angeregt wird. Obwohl die Güte Q dieser Resonatoren verhältnismäßig groß ist, haben sie doch den Nachteil, daß sie wegen der hohen Kosten von kristallinem Quarz und seiner schlechten maschinellen Bearbeitbarkeit verhältnismäßig kostspielig sind. Bauelemente dieser Art sind außerdem verhältnismäßig groß und benötigen eine spezielle Halterung. Außerdem belastet der Ausgang eines Quarzresonators ojfder irgendeines anderen piezoelektrischen Bauelementes dessen Eingang. Hinzu kommt, daß diese Bauelemente nicht für oder als monolytische integrierte Siliciumschaltungen geeignet sind.

Es sind auch zwei andere Arten elektromagnetischer Filter bekannt. Bei der einen Art ist ein kleiner Metallbiegestab auf einer Siliciumplatte befestigt und über der Steuerzone eines Feldeffekttransistors derart angeordnet, daß er als Steuerelektrode wirkt. Der Biegestab wird von der Unterlage

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kapazitiv angeregt, so daß seine Bewegung eine Spannung am "Tor" des Feldeffekttransistors moduliert, um das Ausgangesignal des Feldeffekttransistors zu modulieren. Dieses Bauelement hat jedoch den Nachteil, daß das ausgangssignal nicht linear ist.

Bei der zweiten bekannten Art wird ein Biegestab aus Silicium verwendet, der auf einer Unterlage befestigt ist. Der Ausgang dieses Bauelements ist piezoresistiv, so daß das Ausgangssignal linear ist. Die Anregung erfolgt thermisch, insofern, als elektrisch erzeugte Wärme ausgewählte Teile des Stabes ausdehnt, so daß der Stab in Resonanz schwingen kann, wenn die Frequenz richtig ist. Der Betrieb dieses zweiten Bauelements ist jedoch auf niedrigere Frequenzen beschränkt.

Eine andere Variante besteht darin, daß das elektromagnetische Filter mit einem Biegestab als Resonator versehen wird, der durch Zusammenwirkung eines konstanten magnetischen Feldes und eines Wechselstroms, der durch eine metallische Schicht fließt, die auf einer Isolationsschicht aufgebracht ist, die ihrerseits den Stab bedeckt, zu Biegeschwingungen angeregt wird. Der Stab würde dabei an die gegenüberliegenden Seiten einer Vertiefung, Höhlung oder eines Hohlraums legiert, die oder der in einer Halbleiter- oder Keramik-Unterlage ausgebildet ist. Eine andere Möglichkeit wäre ein elektromechanisches Filter, das entweder in monolithischem Silicium oder als diskretes Element ausgebildet ist und mit einem freitragenden Resonator versehen ist, der durch ein magnetisches Feld bewegt wird und in einem oberen Teil ein dehnungsempfindliches Widerstandselement als integralen Bestandteil zur Messung von im Resonator auftretenden Verformungen enthält.

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Durch Verwendung eines einen Bestandteil eines Halbleiterkristalls bildenden Resonators und durch Einfügen sowohl eines dehnungserapfindlichen Widerstandselementes als mechanischelektrischer Dehnungsmeßumformer im Resonator als auch einer elektrischen Vorrichtung, die mit dem Resonator zur Zuführung mechanischer Energie zur Anregung verbunden ist, läßt sich ein elektromechanisches Filter herstellen, das keinen der erwähnten Nachteile hat. D.h., das Filter läßt sich nach modernen Verfahren der Halbleitertechnologie und damit billig hasteilen. Das Bauelement läßt sich aber auch als monolithische integrierte Schaltung aus Silicium herstellen. Da das Ausgangssignal außerdem linear von der Resonatordehnung abhängt, erzeugt das Filter auch keine Oberwellen. Der Frequenzbereich, die Schwingungsart und die Frequenz der Oberwellen hängen von der Resonatorgeometrie ab. Der Frequenzbereich reicht von 10"^ Hz bis 10¹⁷ Hz, so daß sowohl hörbare als auch sichtbare Zwischenfrequenzen umfaßt werden. Ferner ist der Ausgangskreis vollständig vom Eingangskreis entkoppelt, so daß er den Eingangskreis überhaupt nicht belastet. An den Ausgang kann also praktisch jede beliebige Impedanz angeschlossen werden. Da die das Ausgangssignal abgebende Meßumformervorrichtug als integraler Bestandteil des schwingenden Teils (Resonators) ausgebildet ist, werden die Signale auch nicht an Grenzflächen zwischen Resonator und Umformer gedämpft.

Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil hat die anregende elektrische Leistung, die derjenigen Vorrichtung zugeführt wird, die dem Resonator mechanische Energie zuführt, nur sehr geringe Wirkung, wenn die Frequenz der elektrischen Leistung nicht

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in den Durchlaßbereich des mechanischen Resonators fällt. Wenn die Frequenz der anregenden Leistung in den Durchlaßbereich des Resonators fällt, wird der Resonator mechanisch zu einer Schwingung angeregt, dessen Amplitude von der anregenden Leistung und der Güte Q des Resonators abhängt. Der Durchlaßfrequenzbereich des dann in Resonanz schwingenden Resonators hängt von seiner geometrischen Form und den elastischen Eigenschaften des Materials ab, aus dem er hergestellt ist. Die Art der Schwingung und die Harmonische, die erregt werden, hängen von dem im einzelnen angewandten Anregungsverfahren ab.

Das elektrische Ausgangssignal laßt sich an einem ohmschen Widerstand abgreifen, der in eine Oberfläche des Resonators eindiffundiert ist. Die Stelle, an der der Widerstand eindiffundiert wird, wird so gewählt, daß das bei der gewünschten Art der Schwingung und den gewünschten Harmonischen auftretende Ausgangssignal ein Maximum hat. Wenn der Resonator schwingt, ändert sich die Resistanz (der Widerstandswert) des eindiffundierten Widerstands, so daß das an dieeem Widerstand abgegriffene elektrische "Widerstandssignal" der Amplitude der Dehnung des Widerstands proportional ist. Da sich die Dehnung des eindiffundierten Widerstands sinusförmig in Abhängigkeit von der Zeit ändert, ist das Ausgangssignal ein Wechselsignal. Dieses Signal läßt sich dadurch auf einen Maximalwert einstellen, daß der Widerstand dort eindiffundiert wird, wo die maximale Dehnung auftritt, und daß die Ausrichtung des Widerstands in Bezug auf die kristallografischen Achsen des Halbleiters geeignet ausgewählt wird. Pur uniaxiale Dehnung des Siliciums sollte die Längsachse des eindiffundierten Widerstands, wenn es eich um einen Widerstand vom P-Typ handelt, in Richtung der (111^-Achse verlaufen, während sie

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bei einem F-Widerstand in Richtung der ¹CiOO)-AChSe verlaufen sollte, was zur Folge hätte, daß sich bei niedrigen Verunreinigungskonzentrationen Dehnungsfaktoren von jeweils etwa 180 und 130 ergeben. Mit "Dehnungsfaktor" (auch K-Faktor genannt) wird das Verhältnis der auf den Gesamtwiderstand bezogenen Widerstandsänderung des als Meßumformer verwendeten eindiffundierten Widerstands, die von einer gleichförmigen Dehnung des Biegestabs hervorgerufen wird, zur gleichförmigen Dehnung des Biegestabs bezeichnet. Λ

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Filter herzustellen, das für die neueste Halbleitertechnologie und monolithische integrierte Halbleiterschaltungen geeignet ist. Das Ausgangssignal des Filters soll sich linear mit der Dehnung des Resonators ändern, um die Erzeugung von Oberwellen durch das Filter zu verhindern. Gleichzeitig soll der Ausgangskreis des Filters den Eingangskreis des Filters nicht belasten. Der Eingangswiderstand, der dem Filter nachfolgenden Stufe soll in weiten Grenzen beliebig wählbar¹ sein, ein mechanisch-elektrischer Umformer soll mit dem schwingenden Bauteil einen integralen Bestandteil bilden, um die Dämpfung der Signale an Grenzflächen zwischen dem Resonator (dem schwingenden Bauteil) und dem Umformer zu verhindern, und schließlich soll ein Verfahren zur Herstellung komplizierter geometrischer Formen angegeben werden, die bei elektromagnetischen Filtern für einen großen Bereich elektrischer Eigenschaften erforderlich sind.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß es einen Halbleiter-Kristall mit einer darin ausgebildeten Vertiefung enthält, daß ein mit dem Kristall integrierter

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Resonator die Vertiefung überbrückt, daß eine den Resonator mit mechanischer Energie versorgende Vorrichtung zur Anregung des Resonators an diesem angeschlossen ist und daß eine piezoresistive Abgabevorrichtung mit dem Resonator integriert ist und auf Schwingungen des Resonators derart anspricht, daß sie ein Signal abgibt, dessen Amplitude und Frequenz jeweils proportional der Amplitude und Frequenz der Schwingung des Resonators ist.

Das Verfahren zur Heriellung des Filters aus einer Siliciumplatte zeichnet sich dadurch aus, daß eine Schicht aus Siliciumnitrid auf einem Teil der einen Oberfläche des Kristalls aufgebracht wird, daß dann Silicium eines vorbestimmten Leitungs typs epitaxial auf dieser einen Oberfläche des Kristalls derart aufgewachsen wird, daß das Siliciumnitrid auf der Platte vollständig eingebettet ist, daß dann die Dicke des Siliciums auf der einen Seite des Siliciumnitrids zur^Bildung eines Resonators vorbestimmter Dicke verringert wird, daß anschließend Verunreinigungen in die Oberfläche des Siliciums innerhalb einer in der Dicke verringerten Fläche eindiffundiert werden, die von den Seiten des zu bildenden Resonators begrenzt ist, um eine Zone mit entgegengesetztem Leitungstyp wie oern des Siliciums zu bilden, daß dann "Fenster" bis zur Tiefe des Siliciumnitrids eingeätzt werden, um die Seiten des Resonators zu begrenzen und schließlich die Siliciumnitridschicht vollständig weggeätzt wird, so daß eine Vertiefung oder ein Hohlraum unter dem Resonator entsteht.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nun anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, wobei alle aus den Abbildungen und der Beschreibung hervorgehenden Einzelheiten zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

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Die Figuren 1 bis 6 zeigen Herstellungsschritte bei einer ersten Ausführung der Erfindung.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführung der Erfindung mit einer Darstellung des Eingangskreises zur Ansteuerung bzw. Anregung des Filters.

Die Fig. 8A bis 8C sind schematische Schaltbilder, die verschiedene Möglichkeiten zur Abnahme eines Ausgangssignals von dem erfindungsgemäßen Bauelement zeigen. %

Die Fig. 9 bis 14 zeigen Schritte bei der Herstellung einer zweiten Ausführung der Erfindung.

Fig. 15 ist eine Draufsicht auf die zweite Ausführung der Erfindung mit einer Darstellung des das Filter anregenden bzw. ansteuernden Eingangskreises.

Die Fig. 16 bis 19 zeigen Schritte bei der Herstellung einer dritten Ausführung der Erfindung.

Fig. 20 ist eine Draufsicht auf die dritte Ausführung -

der Erfindung mit einer Darstellung des Eingangskreises ™

des Filters.

Fig. 21 zeigt einen Querschnitt durch eine vierte Ausführung der Erfindung.

Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführung der Erfindung.

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Die Fig. 23 und 24 zeigen Schritte bei der Herstellung einer sechsten Ausführung der Erfindung.

Fig. 25 1st eine Draufsicht auf die sechste Ausführung der Erfindung mit einer Darstellung des das Filter anregenden Eingangskreises.

Die Fig. 26 und 27 zeigen eine Draufsicht auf weitere Ausführungen der Erfindung.

Fig. 28 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführung der Erfindung mit einer Darstellung des Filter-Eingangskreises .

Fig. 29 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführung der Erfindung mit einer Darstellung des Eingangskreises .

Fig. 30 ist eine Draufsicht auf eine Kristallkonfiguration, die nach einem anderen Muster als das der anderen Ausführungen geätzt ist und

Fig. 31 ist eine Draufsicht auf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bandpaß-Filter.

Die Herstellung eines elektrostriktiv angeregten oder angesteuerten erfindungsgemäßen elektromechanischen Filters beginnt mit dem Aufbringen einer Platte (Tafel oder Scheibe) aus Siliciumnitrid auf einem Halbleiterkristall, z.B. aus Silicium, des einen Leitungstyps. Zur Erläuterung sei ein Kristall des P-Typs angenommen, obwohl auch ein Kristall

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des N-TyPs verwendet werden kann. Die Silioiumnitridplatte hat die gleichen Abmessungen wie eine unter einem Resonator im Kristall auszubildende Höhlung oder Vertiefung. So ist also nach Pig. 1 auf der einen Oberfläche eines P-Siliciumkristalls 10 eine Platte 11 aus Siliciumnitrid aufgebracht, deren Dicke mindestens gleich der Schwingungsamplitude des auszubildenden mechanischen Resonators ist. Obwohl hier nur die Herstellung eines einzigen elektromechanischen Filters beschrieben wird, lassen sich doch mehrere dieser Bauelemente gleichzeitig auf einem einzigen Kristall herstellen. Der Kristall 10 ist also als ein Segment eines viel größeren Kristalls zu betrachten.

Zur Ausbildung der Siliciumnitrid-Platte 11 auf dem Kristall 10 wird zunächst eine Schicht aus Siliciumnitrid in der gewünschten Dicke auf der gesamten Oberfläche des Kristalls aufgebracht. Dies kann in einem Ofen geschehen, der eine Atmosphäre aus SiH. und Ammoniak enthält. Es hat sich herausgestellt, daß etwa 300 Aigström dicke Überzüge aus Silicium hergestellt werden können, wenn man den Kristall etwa 1 Min. lang bei einer Temperatur von 1000⁰O in dieser Atmosphäre aus SiH. und Ammoniak läßt. Die auf diese V/eise gebildete Siliciumnitrid-Schicht wird mit einer Schicht aus Molybdän überzogen, die sich dadurch herstellen läßt, daß man einen Körper dieses Materials, der durch einen Elektronenstrahl in einem hochevakuierten Raum erwärmt wird, zerstäubt oder verdampft. Unter Verwendung von Foto-Kopierlack wird das Molybdän mit einem Ätzmittel weggeätzt, bei dem es sich um ein Ferricyanid hadeln kann, das 92 Gramm K,Fe (CN)₆, 20 Gramm KOH und 300 Gramm Wasser enthält,

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so daß nur derjenige Teil des Siliciumnitrids, der die Platte 11 bilden soll, mit Molybdän überzogen bleibt. Das unmaskierfce Siliciumnitrid wird danach mit Hilfe von 48?S HF weggeätgt, indem dieses mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 Ar^tröm pro Minute oder mehr, je nach der Reaktionstemperatur, aufgebracht wird. Nach dem Wegätzen der Silieiumnitrid-Schicht kann der Rest des Foto-Kopierlacks durch Abwischen mit Trichloräthylen oder anderen für diese Zwecke geeigneten Materialien entfernt und die Molybdänschicht mit Hilfe des Ferricyanid-Ätzmittels weggeätzt werden. Nach Anwendung dieser Maßnahmen ergibt sich das in Fig. 1 dargestellte Bauelement.

Als nächstes wird Silicium des gleichen Leitungstyps, in diesem Beispiel also Silicium des P-Typs, auf dem Kristall 10 aufgewachsen, so daß es die gesamte Platte 11 bedeckt, und zwar durch Anwendung eines Jod-Epitaxie-Verfahrens. Der auf diese Weise vergrößerte Kristall 10 umfaßt jetzt eine innere Insel 11 aus Siliciumnitrid, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Dicke des epitaxial aufgebrachten Siliciums sollte so bemessen sein, daß sich die gewünschte Resonanzfrequenz für den Resonator· des Filters ergibt, und läßt sich durch mechanisches Polieren auf den gewünschten V/ert bringen.

Eine andere Möglichkeit zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Bauelements besteht darin, daß man die beiden Seiten eines Siliciumkristalls eben und parallel ausbildet. Dann wird eine dicke Schicht aus Siliciumnitrid aufgebracht und in der zuvor beschriebenen Weise durch Ätzen geformt. Als nächstes wird eine Siliciumschicht auf das Siliciumnitrid entweder nach dem erwähnten Jod-Epitaxie-Verfahren

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oder durch irgendein bekanntes Verfahren der thermischen Zersetzung von Silanen (Silane = Siliciumwasserstoffe) oder durch v/asserstoffreduktion von Trichlorosilan aufgebracht. Diese Siliciumschicht ist etwa ein viertel Millimeter dick und ein Ein(zel)kristall über den Flächen, die nicht mit Siliciumnitrid bedeckt sind. Die Fläche über dem Siliciumnitrid kann dann entweder vollständig monokristallin oder teilweise monokristallin und teilweise polykristallin sein. Die aufgewachsene Zone wird dann

mechanisch gelappt, so daß eine Platte mit gleichförmiger ™

Dicke entsteht. Die Dicke des unter der Siliciumnitridschicht liegenden Einzelkristalls wird dann durch mechanisches Polieren oder chemisches Ätzen auf die gewünschte Dicke verringert, die der Dicke des Resonators entspricht. Dieser geschichtete Körper wird dann herumgedreht und das Herstellungsverfahren in derselben Weise wie bei dem Ein(zel)-kristall-Aufwachsen fortgesetzt, wobei die sich daran anschließenden Schritte auf der unteren Oberfläche verringerter Dicke ausgeführt werden.

Der Kristall 10 kann dann irgendeinen oder alle herkömmlichen Oxydations-, Maskierungs- und Eindiffusionsverfahren durch- m laufen, um irgendeine integrierte Schaltung in denjenigen Zonen des Kristalls auszubilden, unter denen kein Siliciumnitrid eingebettet ist. In diesem Stadium können irgendeine äußere Schaltung, der dehnungsabhängige Ausgangswiderstand und die erforderliche innere Resonator-Anregungsvorrichtung nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Wie man also aus der Draufsicht nach Fig. 3 erkennen kann, werden Verunreinigungen, die einen entgegengesetzten Leitungstyp wie den des Kristalls 10 bewirken, in Zonen 12 des Kristalls

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eindiffundiert. Angenommen, es handele sich um Kristall aus P-leitendem Silicium, dann handelt es sich bei den Verunreinigungen um Donatoren, wie Phosphor, Arsen oder Antimon, das auf eine Fläche aufgebracht ist, die so breit ist, daß sie den gesamten Resonatorteil umfaßt. Da der Ausgangswiderstand des Resonators außerdem P-leitendes Material umfassen soll, werden die Donatorverunreinigungen so eindiffundiert, daß die Längsachse des Widerstandes in Richtung der (111^ -Achse des Kristalls verläuft, und sich ein Biegestab als Resonator mit einem Dehnungsfaktor von etwa 180 ergibt. Wenn der Ausgangswiderstand des Resonators dagegen aus N-leitendem Material besteht, dann wird die Längsachse des Resonators vorzugswdse in Richtung einer {100> -Achse gewählt. In diesem Falle ist der Dehnungsfaktor etwa gleich 130. ·

Nach dem Eindiffundieren von Verunreinigungen des N-Typs in die Zonen 12 werden Verunreinigungen des P-Typs, wie Bor, Aluminium, Gallium oder Indium in die Zonen 12 gemäß U-förmigen Mustern 13 eindiffundiert. Die U-förmigen Muster haben breitere Zonen 20, die wegen ihrer größeren Fläche als niederohmigejZuleitungen zu den engeren Teilen der U-förmigen Muster wirken. Jede niederohmige Zone kann aber auch ebenso breit wie der übrige Teil der U-förmigen Zone, von der sie einen Teil bildet, jedoch tiefer ausgebildet sein, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, was darin besteht, daß die Dehnungsempfindlichkeit praktisch nur in den schmalen oder flach eindiffundierten Zonen der U-förmigen Muster erzielt wird. Danach wird die gesamte Oberfläche des Kristalls 10 nach dem zuvor beschriebenen Verfahren mit Siliciumnitrid überzogen, und die Silicium-

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nitridschicht wird ihrerseits in der beschriebenen Weise mit Molybdän überzogen. Die Molybdänschicht wird unter Verwendung von Foto-Kopierlack weggeätzt, und zwar beispielsweise mit Hilfe des erwähnten Ferricyanid-ltzmittels, so daß sich ein Muster mit zwei Fenstern ergibt, bei dem ein brückenartiger Teil stehenbleibt, der die von der Siliciumnitridplatte 11 bedeckte Zone überbrückt. Die Siliciumnitrxdschicht unter diesem Doppelfenstermuster wird dann bis auf das Silicium mit 48$ HF weggeätzt. Dadurch ergibt sich die in Fig. 4 gezeigte Anordnung, bei der die Molybdänschicht 14 und die Siliciumnitridschicht 15 durch die weggeätzten Doppelfensterzonen freigelegt sind. Das dadurch freigelegte Silicium wird mit Hilfe eines "Weißätzmittels" (white etch), das aus einer Mischung von etwa 3,3 Teilen Salpetersäure und einem Teil Flußsäure (Fluorwasserstoffsäure) besteht, bis auf die obere Ebene der Siliciumnitridplatte 11 weggeätzt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Irgendwelche Reste des Foto-Kopierlacks werden dann mit Hilfe von beispielsweise Trichloräthylen entfernt, während die Molybdänschicht 14 beispielsweise mit Hilfe des Ferrocyanid-Ätzmittels entfernt wird. Das verbleibende Siliciumnitrid wird dann durch Ätzen in 48$ HF, wie zuvor beschrieben, entfernt, so daß die in Fig. 6 gezeigte Anordnung entsteht, bei der IT-leitende Zonen 12 und P-leitende Zonen 13, die sich beide vorzugsweise über die Resonator-Support-Zonen des Kristalls erstrecken können, wiederum freigelegt werden. Außerdem verbleibt jetzt eine Vertiefung oder ein Hohlraum 16, an deren oder dessen Stelle sich zuvor die Siliciumnitridplatte 11 befand. Das Ergebnis ist eine Anordnung, bei der ein Resonator in Form eines Stabes 17 (auch Biegestab genannt) den Hohlraum 16 überbrückt.

Die U-förmigan Zonen 13» deren schmale oder flach eindiffundierte Teile als piezoresistive Dehnungsmeßelemente dienen

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können, enthalten nasenförmig vorspringende Zonen 18 an jedem ihrer Enden. Mißt man den Widerstand beider Elemente 13 durch Ausbilden eines ohmschen Kontakte an den Vorsprüngen 18 an beiden Enden des Biegestabes 17, beispielsweise durch eine Thermodruckverbindung, dann erhält man ein Ausgangssignal, das der Schwingungsamplitude des Scabes bei der Schwingungsfrequenz des Stabes proportional ist. Mithin stellen je zwei Vorsprünge 18 zwei Ausgangsanschlüsse des Bauelements dar. Die Vorsprünge 18 brauchen jedoch nicht als Ausgangsanschlüsse verwendet zu werden, da sich ihre eindiffundierte Zone, bei der es sich bei dieser Ausführung um zwei Zonen handelt, soweit auf den Körper nach außen erstrecken kann, daß sie Zonen berührt, in denen integrierte Schaltungen ausgebildet sind. Stattdessen läßt sich aber auch ein Kontakt zu anderen Zonen des Körpers durch Metallisation herstellen, indem man auf den Vorsprüngen 18 und der übrigen Oberfläche des Körpers einen Isolator, z.B. Siliciumdioxid, aufbringt, die Siliciumdioxid-Schicht bis auf die Vorsprünge 18 und andere Zonen des Körpers dort durchätzt, wo sin Kontakt hergestellt werden soll, und eine Metallschicht, z.B. aus Aluminium, auf der Isolationsschicht aufbringt, so daß das Metall die Vorsprünge kontaktieren kann. Die eindiffundierten, als Augänge dienenden Vorsprungszonen anderer Ausführungen, die später beschrieben werden, können in ähnlicher Weise kontaktiert werden.

Pig. 7 zeigt Mittel zum Anregen der elektrostriktiv anzuregenden Ausführung des erfindungsgeraäßen Filters, wobei die Schnittansicht 7-7 des Kristalls 10 nach Fig. 6 dargestellt worden ist. Wie man sieht, lie&t eine Eingangswechselsignalquelle 19 mit einer Gleichstromquelle 21 in Reihe an N-leitenden Zonen 12 des Biegestabea 17 und an

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P-leitendem Material des Kristalls 10, der an einem Anschluß 7 geerdet ist. Wie man sieht, liegt an den P-N-Übergängen 22 des States 17 eine Sperrspannung. Ein Kondensator 23 liegt parallel an der Gleichstromquelle 21, um zu verhindern, daß das Eingangssignal durch die Gleichstromquelle gedämpft wird.

Die P-N-Übergänge 22 am Stab 17 wirken als Kondensatoren, so daß der mechanische Resonator 17 von elekfcrostriktiven Kräften angeregt wird, die durch das innere elektrische M

Feld in den Sperrzonen der Übergänge 22 hervorgerufen wer ien, v/ie in Fig. 7 gezeigt ist, sind die anregenden Übergänge 22 dicht an der Oberfläche des Resonators 17 angeordnet. Mithin dehnt die elektrostriktive Kraft in der Sperrzone jedes der Übergänge 22 den Stab assymetriseh, so daß er zu einer Biegeschwingung angeregt wird. Entweder die niedrigste Ordnung oder die höchste Ordnung der Biegeschwingungsform läßt sich mit Hilfe des elektromagnetischen Filters nach Fig. 7 anregen. Die niedrigste Ordnung der Biegeschwingungsform wird dadurch erzielt, daß die Übergänge 22 in Phase angeregt werden, wie es dargestellt ist, während man die erste Harmonische des Resonators dadurch erhalten kann, daß die Übergänge 22 phasenverschoben angeregt werden, ™ Wenn man also einen 180°-Phasenschieber 25 durch Öffnen eines Kurzschlußschalters 24 in einem der beiden Eingangskreise der N-leitenden Zonen 12 einschaltet, hat dies zur Folge, daß der Stab 17 die nächsthöhere Harmonische erzeugt.

Wie man sieht, kann nicht nur eine gewünschte Schwingungsform durch richtige Anordnung der anregenden PN-Übergänge

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11§§§13

22 angeregt werden, sondern auch das Ausgangssignal maxitnisiert und dennoch unerwünschte Harmonie he verhindert werden, indem die. Ausgangswiderstände richtig angeordnet, orientiert und geformt werden. Wenn man "beispielsweise die Grundschwingungsform abtastet, dann zeigt sich, daß die maximale Dehnung in der Mitte des Stabes 17 und eine Dehnung in entgegengesetztem Sinne in der Nähe der Enden des Stabes, in denen die niederohmigen Zonen 20 liegen, auftritt. Die kleine Widerstandsänderung in den niederohmigen Zonen hat jedoch ^ nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Verhältnis 3um Widerstandswert der hochohmigen Zonen, so daß das Bauelement in der Mitte des Stabes am stärksten dehnungsempfindlich ist. Der erste Oberton, der einem Knoten in der Mitte des Stabes entspricht, ist jedoch auch eine erwünschte Schwingungsform, da diese Schwingungsform keine Längsbewegung auf den Kristall 10 überträgt.

Fig. 8A zeigt eine einfache Möglichkeit, wie das Ausgangssignal an dem in den Fig. 6 und 7 gezeigten Bauelement abgenommen werden kann. Einer der durch die U-förmigen piezoresistiven Zonen 13 dargestellten Widerstände liegt in Reihe mit einem festen ohmschen Widerstand 27 und ™ einer Gleichspannungsquelle 28, deren einer Anschluß geerdet ist. Die Ausgangssignale werden an der U-förmigen piezoresistiven Zone 13 zwischen den Anschlüssen 8 und abgenommen. Bei einer Längsdehnung des Resonators 17 wird also die piezoresistive Zone gedehnt, so daß sich ihr Widerstandswert ändert und ein anderer Spannungsabfall daran auftritt. Dadurch ergibt sich eine Ausgangsspannung, deren Frequenz und Amplitude sich in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude der Dehnung des Resonators 17 ändert.

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Fig. 8B zeigt eine andere Möglichkeit der Abnahme des Ausgangssignals von dem in den Fig. 6 und 7 gezeigten Bauelement. Hier liegen die durch die U-förmigen piezoresistiven Zonen 13 dargestellten Widerstände in zwei sich diagonal gegenüberliegenden Zweigen einer Wheatstone-Brücke, die an einer Gleichspannungsquelle 28 liegt, deren einer Anschluß 9 geerdet ist. In den beiden anderen Zweien der Brücke liegt jeweils ein fester ohmscher Widerstand 27. Die Ausgangssignale werden an zwei Anschlüssen 29 abgenommen, die an den sich gegenüberliegenden Yerbindungspunkten von Wideriand 27 und piezoresistiver Zone 13 angeschlossen sind. Durch Längsdehnung des Resonators 17 werden also die piezoresfetiven Zonen 13 gedehnt und- dadurch der Widerstandswert dieser Zonen geändert. Dadurch ändert sich auch die Spannung zwischen den Anschlüssen 29» und zwar in der frequenz und Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude der Dehnung des Resonators 17. Bei der symmetrischen piezoräsistiven Anordnung, die in Fig. 6 dargestellt ist, ändern sich die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände um gleiche Beträge in derselben Richtung, wenn der Stab in säner G-rundschwingungsform oder in geradzahligen harmonischen Moden schwingt. Der Widerstandswert ändert sich dagegen um gleiche Beträge aber in entgegengesetzten Richtungen, wenn der Stab in se inen ungeradzahligen harmonischen Moden schwingt.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 8B ist das Ausgangssignal proportional der algebraischen Summe der Änderungen der ohmschen Widerstandswerte der Widerstände 13_f wogegen bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 80 das Ausgaigs-Bignal proportional der algebraischen Differenz der Wideretand$änderungen der widerstände 13 ist. Die Schaltungs-

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anordnung nach Pig. 8B spricht also auf die Grundschwingung und geradzahlige Oberwellen, aber nicht auf ungeradzahlige Oberwellen an, während die "Schaltungsanordnung nach Fig. 8C auf ungeradzahlige Oberwellen und nicht auf die Grundschwingung oder geradzahlige Oberwellen anspricht. Obwohl sich bei mechanischer Anregung des Resonatorstabes im allgemeinen eine symmetrische Dehnungsverteilung in bezug auf die Mitte des Stabes ergibt, was zur Folge hat, daß unerwünschte Signale mit gleichem Betrag und Vorzeichen in jedem der Widerstände 13 erzeugt werden, muß ein Schutz gegen falsche Ausgangssignale infolge einer mechanischen Anregung des Resonatorstabes vorgesehen sein, wenn das Filter mit ungeradzahliger Oberwellenschwingungsform betrieben und sein Ausgangssignal mit der Brückenschaltung nach Fig. 8C abgenommen werden soll. Es sei darauf hingewiesen, daß die piezoresistiven Zonen 13 in Bezug auf die N-leitenden Zonen 12 mit Hilfe der Gleichspannungsquellen 21 und 28 und durch Erdung der Anschlüsse 8 und 9 auf negativem Potential gehalten werden. Dadurch wird verhindert, daß an die P-N-Übergänge zwischen den Zonen 12 und 13 eine Durchlaßspannung gelegt wird.

Zur Herstellung eines kapazitiv angeregten elektromechanischen Filters wird zunächst die in Fig. 9 gezeigte Anordnung durch Überziehen einer Halbleiterplatte des einen Leitungstyps, z.B. den P-leitenden Siliciumkristall 10, mit zwei isolierenden Streifen 30 und 31, aus beispielsweise Siliciummonoxid gebildet. Die Streifen können in herkömmlicher Weise mit Hilfe einer Maske auf der Platte 10 niedergeschlagen werden. Nach dem Aufstäuben oder Aufdampfen von zwei Metallstreifen 32 und 33 aus beispielsweise Wolfram oder Molybdän auf den

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Streifen 30 und 31 ergibt sich die Anordnung nach Hg.9· Anstelle der zwei Metallstreifen auf zwei isolierenden Streifen kann auch ein einziger Metallstreifen auf einem einzigen isolierenden Streifen verwendet werden, wenn man das Filter in der Grundschwingung anregen will. Als nächstes wird eine Platte 34 aus Siliciumnitrid auf der Oberfläche des Kristalls 10 aufgebracht, auf dem die Streifen 32 und 33 angeordnet sind, wie es in Pig. gezeigt ist. Die Platte 34 wird in derselben Weise wie die Platte 11 nach Fig. 1 gebildet. Die Platte 34 ist jedoch über den Streifen 32 und 33 am dünnsten.

Nach dem Aufbringen der Platte 34 auf dem Kristall 10 wird P-leitendes Silicium auf dem Kristall 10 aufgewachsen. Dieses Aufwachsen kann nach einem Jo.d-Epitaxie-Verfahren erfolgen. Das Ergebnis ist die in Fig. 11 dargestellte Anoranung.

In diesem Stadium werden Donator- und Akzeptorverunreinigungen in der gewünschten Form (Muster) an geeigneten Stellen in den Kristall eindiffundiert, um eine Anregungs- und Umformervorrichtung für den Resonator des elektromechanischen Feldes zu bilden. Der Kristall 10 wird dann mit Siliciumnitrid überzogen und mit Molybdän maskiert, um den Biegestab des Filters auszubilden. Das Siliciumnitrid wird danach weggeätzt, so daß sich die in Fig. 12 gezeigte Anordnung ergibt, bei der die Schicht 35 die Molybdänmaske und 36 die Siliciumnitridschicht darstellt. Als nächstes werden das P-leitende ijilicium in den durch die Öffnungen in der Siliciumnitridschicit 36 freigelegten Zonen mit Hilfe des erwähnten Weißätzmittels bis auf die Siliciumnitridplatte 34 weggeätzt. Die Molybdänschicht 35 wird danach beispielsweise mit Hilfe des erwähnten Ferricyanids weggeätzt, so daß sich die in Fig. 13 gezeigte Anordnung ergibt.

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Nach Entfernen aller restlichen Siliciumnitridzonen mit Hilfe von 48 io HF werden die Metallstreifen 32 und 33 in einem Hohlraum 37 freigelegt, der durch Entfernen der eingebetteten Insel aus Siliciumnitrid gebildet wird, wie es in Pig. 14 gezeigt ist. Der Hohlraum 37 wird durch einen Biegestab 3& überbrückt, der N-leitende Zonen 40 enthält, die über die Biegestab-Supportzonen des Kristalls 10 hinwegreichen. Eine "Draufsicht auf die sich ergebende Anordnung und die eindiffundierten Muster im Biegestab 38 ist in Fig. 15 zusammen nit einer Schaltung gezeigt, mit deren Hilfe Energie aus einer Eingangssignalquelle 19 in das elektromechanische Filter eingekoppelt wird. Die Ausgangsspannung der Quelle 19 wird also an die Metallstreifen 35 und 33 und den P-leitenden Resonatorvtab 38 gelegt, wobei ein ohmscher Kontakt am Resonatorstab ausgebildet wird. Die Gleichspannungsquelle 21 überlagert der Eingangs spannung eine G-leichspannungskomponente, wird ν-.η einem Kondensator 23 überbrückt und liegt in Reihe mit der Eingangssignalquelle 19· Die Ausgangssignale erscheinen an Ausgangsleitungen 41, die an den piezoresistiven N-Ieit enden Zonen 40 ohmsch kontaktiert sind, und können in der anhand der Schaltungsanordnung nach den Figuren 8A, 8B und 8C beschriebenen Weise verwendet werden, mit der Ausnahme, daß eine Gleichspannung zwischen den Verbindungspunkt 9 und Nasse gelegt ist, so daß die P-N-Übergänge zwischen dem Kristall 10 und den Widerständen 40 ständig an einer Sperrspannung liegen. Wenn der Kristall 10 beispielsweise P-leitend ist und die Zonen 40 N-leitend sind, dann ist der Verbindungspunkt 9 positiv gegenüber Masse vorgespannt. Die Grundschwingung wird also dadurch ausgelöst, daß elektrostatische Kräfte, die' zwischen den Metallstreifen 32 und 33 und dem P-leit nden Material des Biegestabs 38 auftreten, geändert werden. Durch Verwendung eines 180°-Phasenschiebers, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, kann der Stab auch zur Schwingung in der ersten Harmonischen angeregt werden.

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Eine andere Ausführung eines -kapazitiv angeregten elektromagnetischen Filters läßt sich durch Eindiffundieren entgegengesetzt leitender Zonen in den Kristall 10 anstelle der Verwendung von Streifen 30, 33 herstellen. Nach Fig. 16 sind dementsprechend in die Oberflächen eiies P-leitenden Kristalls 10 zwei N-Ieit ende Zonen 50 und 51 eindiffundiert. Falls es "bevorzugt wird, können die Zonen 50 und 51 auch nach außen bis über den Rand der auszubildenden Siliciumnitridplatte hinaus eindiffundiert werden, so daß ein Kontakt daran ausgebildet werden kann, und zwar durch Durchdiffundieren der Siliciumschicht, die auf den Kristall epitaxial aufgewachsen wird, Wenn man will, braucht man auch nur eine einzige Zone ei#aiffundieren.

Wie es in Fig. 17 gezeigt ist, wird als nächstes eine Siliciumnitridplatte 52 auf dem Kristall 10 so aufgebracht, daß die Zonen 50 und 51 in der beschriebenen Weise bedeckt sind. Danach wird P-leitendes Silicium epifexial auf dem Kristall 10 aufgewachsen, so daß die Platte 52 vollständig eingebettet ist, wie es in Fig. 18 gezeigt ist.

Die piezoräslstiven Zonen werden dann so, wie es in Fig. 19 ä gezeigt ist, in die Oberfläche des Kristalls 10 eindiffundiert, bo daß N-leitende Zonen 55 entstehen. Nach dem der Kristall zunächst mit Siliciumnitrid und dann mit Molybdän überzogen ist, wird anschließend erst das Molybdän und dann das Siliciumnitrid weggeätzt, so daß das Muster zum Ätzen des Kristalls gebildet ist. Der Kristall wird dann geätzt und als nächstes die Platte 52 nach Fig..18 weggeätzt , so daß ein Hohlraum 56 unter und zu beiden Seiten des Biegestabs 57 entsteht, der den Hohlraum überbrückt. Die eich ergebende Anordnung ist in Fig. 19 dargestellt.

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Wie in Fig. 20 gezeigt ist, wird das elektromechanische Filter durch eine Eingangssignalquelle 19 in etwa derselben Weise wie das Bauelement nach Fig. 15 angeregt bzw. angesteuert. Ein Anschluß der Signalquelle 19 steht jedoch in ohmschem Kontakt mit den N-leitenden Zonen 50 und 51 . Der andere Anschluß der Signalquelle 19 steht in ohmschem Kontakt mit dem P-leitenden Resonator 57. Der Biegestab 57 wird also in ähnlicher Weise wie der Biegestab des Bauelements nach Fig. 15 von elektrostatischen Kräften angeregt, die zwischen den Zonen 50 und 51 unter dem Biegestab und dem P-leitenden Material des Biegestabes auftreten. Aus einer Gleichspannungsquelle 58 wird eine Sperrspannung an die Übergänge zwischen den Zonen 50 und 51 und den übrigen; Teil des Kristalls 10 gelegt, um den Widerstand dieser Übergänge auf einem hohen Wert zu halten. Die Ausgangssignale werden von den ohmschen Kontakten an den piezoresistiven Zonen 50 zwischen dem einen Paar oder beiden Paaren von Ausgangsleitungen 41 abgenommen und können in der in den Fig. 8A, 8B und 8G dargestellten Weise mit entsprechenden Sperrspannungen an den P-N-Übergängen zwischen den Widerständen 55 und dem Kristeil 10 in der beschriebenen Weise verwendet werden.

Eine andere Ausführung eines kapazitiven angeregten elektromechanischen Filters ist in Form einer Längsquerschnittsansicht in Fig. 21 dargestellt. Bei dieser Ausführung sind entgegengesetzt leitfähige piezoresistive Zonen 55, die U-fb'rmig ausgebildet sind, wie es in Fig. 20 gezeigt ist, in dem Biegestab 57 eindiffundiert. Auf dem Stab 57 ist ein isolierendes Material 53, z.B. Siliciumdioxid, aufgebracht, das dann mit einem metallischen Film 54 überzogen wird, bei dem es sich beispielsweise um Molybdän oder Aluminium oder " mit Kupfer, Silber oder Gold beschichtetes Chrom handeln kann.

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Der Stab 47 wird also durch Zuführung eines Eingangssignals aus der Signalquelle 19, die mit einer kapazitiv überbrückten Gleichspannungsquelle 58 in Reihe an dem Stab 57 und der Oxidschicht 53 liegt, elektrostriktiv angeregt. An den piezoresistiven Zonen 55 können Ausgangsanschlüsse in der beschriebenen Weise kontaktiert sein.

Eine andere Ausführung eines kapazitiv angeregten elektromechanischen Filters ist als Längsquersdmittsansicht in Fig. 22 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist der Kristall M 10 aus einem Halbleiter 66 des einen Leitungstyps, z.B. den P-Typs, und einer Zone 69 entgegengesetzten Leitungstyps, z.B. des N-Typs, gebildet. Die Zonen 55 werden in der beschriebenen Weise in den Stab 57 eindiffundiert. Der Stab wird dnch Anlegen eines Eingangssignals aus einer mit einer kapazitiv überbrückten G-leichspanmmgsquelle 58 an dem Hohlraum 56 in Reihe liegenden Signalquelle 19 angeregt. Da die Resistanz des gesperrten P-N-Übergangs zwischen den Zonen 66 und 69 hoch ist, liegt nahezu die gesamte zugeführte Spannung am Hohlraum. Die Ausgangsanschlüsse können wiederum in der zuvor beschriebenen Weise an den piezciEsistiven Zonen 55 ohmsch kontaktiert sein. Eine elektromagnetisch angeregte Ausführung des \

Filters nach der Erfindung läßt sich durch Eindiffundieren von Donator-Verunreinigungen in (fen P-leitenden Siliciumkristall herstellen, wobei eine IT-leitende Zone 60 gebildet wird, wie es in Fig. 23 dargestellt ist, bei der eine Längskomponente in Richtung der Längsachse des herzustellenden Biegestabes verläuft. Stattdessen kann auch ein metallischer Leiter als Zone 60 auf eine isolierende Schicht, die beispielsweise aus Siliciummonoxid besteht, aufgesprüht oder aufgedampft werden. Eine Siliciumnitridplatte

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kann .als nächstes auf dem Kristall 10 aufgebracht werden, und zwar so, daß sie die Zone 60 bedeckt, wie es in Fig. gezeigt ist. ' _

Das Bauelement nach Fig. 24 wird dann in der zuvor beschriebenen Weise weiterbehandelt, wobei die Platte 21 in einer epitaxial gebildeten Zone des Kristalls 10 eingebettet wird. Danach wird ein Streifen aus Verunreinigungen des N-Typs in Längsrichtung in die Oberfläche des Kristalls 10 eindiffundiert. Der Streifen ist so gerichtet daß er mit dem auszubildenden Resonatorstab zusammenfällt, und dann wird eine piezoresistive P-leitende Zone als Dehnungsmeßumformer in die N-leitende Zone in der beschriebenen Weise eindiffundiert. Nach den bereits beschriebenen Ätzvorgängen ergibt sich die in Fig. 25 in Draufsicht gezeigte Anordnung, bei der ein Resonator 62 einen Spalt 63 im Kristall 10 überbrückt. Ein N-leitenues Element 67 ist in Richtung der Längsachse des Resonators 62 eindiffundiert, ebenso wie eine piezcassistive P-leiten.e 0one 65, die in die N-leitende Zone 64 endiffundiert ist.

Wie aus Fig. 25 zu ersehen ist, liegt in der Stellung F eines Schalters 59 eine Gleichspannungsquelle 21 als Vorspannungsquelle in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 61 an der N-leitenden Zone 60. Der P-N-Übergang zwischen dem Kristall 10 und der Zone 60 wird von einer Gleichspannungsquelle 980 in Sperrichtung vorgespannt, um den Übergangswiderstand groß zu halten. Außerdem wird das Signal der Wechselsignalquelle 19 der N-leitenden Zone 64 über einen Strombegrenzungswiderstand 69 zugeführt, wobei die N-leitencie Zone 64 bei dieser Ausführung über die gesamte Länge des Resonatorstabes 62 eindiffundiert ist.

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Auf diese Weise werden die Zonen 60 und 64 so angeregt, daß sie den Stab mit seiner Grundschwingung anregen und mithin das Filter ein Ausgangssignal abgibt, dessen frequenz gleich der der Quelle 19 ist.

Anstelle der eindiffundierten Zonen kann das Bauelement nach den Pig. 23 - 25 mit auf isolierenden Zonen aufgebrachten metallischen Zonen versehen sein. Die eindiffundierte Zone 60 kann also Molybdän umfassen, das auf eine aufgedampfte Schicht aus Siliciummonoxid aufgedampft ist, während die Zone 64 eine Siliciummonoxidschicht umfassen kann, die auf dem Stab 62 über einer piezoresistiven Zone 65 aufgedampft ist und mit einem aufgedampftian metallischen Film, z.B. aus Molybdän, beschichtet ist. Als weitere Alternative kann das Metall auf der einen Zone oder beiden Zonen 60 und 64 durch ein hochpermeables Metall ersetzt werden, um die magnetische Kopplung dazwischen zu erhöhen.

Die Vorspannungsquelle 21 nach Fig. 25 ist notwendig, um ein Ausgangssignal mit der Frequenz des Eingangssignals zu erzeugen. Wenn diese Vorspannungsquelle weggelassen wM, indem der Schalter 59 in die Stellung D.gebracht wird, wird das Signal aus der Quelle 19 der Zone 60 zugeführt, und das Bauelement wirkt als Frequenzverdoppler, da die jetzt auf den Stab 62 einwirkende Kraft von der Richtung des von der Quelle 19 abgegebenen Stroms unabhängig ist. Wenn also die mechanische Resonanzfrequenz gleich f_Q ist, dann ist die Frequenz des Ausgangs signals gleich f , wenn die Frequenz des Eingangssignals gleich (1/2)· f_Q ist.

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Wegen der verhältnismäßig hohen Leitfähigkeit der leitenden Zonen 60 und 64 ist der Eingangswiderstand des elektromechanischen Filters nach Pig. 25 gering. Die von dem elektromechanxschem Filter nach Fig. 25 abgegebenen Signale lassen sich durch ohmsches Kontaktieren von Ausgangsleitungen 67 und 68 an das piezoresistive Element 65 abnehmen. Ebenso wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungen können die Ausgangssignale an dem erwähnten ^ piezoresistiven Element in der anhand von Fig. 8A beschriebenen Weise unabhängig von der Stellung des Schalters 59 abgenommen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Bauelement mit Vorteil als Frequenzverdoppler verwendet werden kann, da Mikrofonieeffekte isoliert sind, d.h.,daß der Resonator von °ignalen mit der Frequenz (i/2)f entkoppelt ist.

Fig. 26 zeigt eine andere Ausführung des elektromechanischen Filters nach der Erfindung, bei der eine piezoresistive Zone

70 in den Resonator 72 des Kristalls 10 eindiffundiert ist und entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie das Silicium des Kristalls 10 hat. Ein isolierender Überzug 73, z.B.

ψ . aus Siliciummonoxid, ist auf dem Resonator 72 aufgebracht, um ehen Kurzschluß der piezoresistiven Zone 70 zu verhindern, und auf dem isolierenden Überzug 73 ist ein Film aus magnetostriktivem Metall 74, vorzugsweise ein Metall mit hoher Permeabilität, z.B. Permalloy oder Supermalloy, aufgebracht. An der piezoresistiven Zone 70 sind Ausgangsleitungen 75 und 76 durch ohmschen Kortakt befestigt. Bei Anregung durch ein Signal aus der Wechselsignalquelle 19, die in Reihe mit einer durch einen Kondensator 23 überbrückten Gleichspannungsquelle

71 liegt, regt der magnetrostriktive Überzug 74 den Resonator

72 zu einer Biegeschwingung mit der Frequenz des Ausgangssignals der Quelle 19 an. Die Ausgangssignale werden wie bei

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den zuvor beschriebenen Ausführungen, z.B. mit der Schaltungsanordnung nach Pig. 8A, abgenommen, wobei an den P-Ii-Üb er gang zwischen dein Widerstand 70 und dem Kristall 10 eine Sperrspannung angelegt wird. Wenn dagegen keine Sperrspannung angelegt wird, dann wirkt das Bauelement als Frequenzverdoppler mit vorteilhaften elektromechanischen Eigenschaften, die denen des anhand von Fig. 25 beschriebenen Bauelements ähnlich sind, wenn es als Frequenzverdoppler betrieben wird, da die magnetrostriktive Anregung eine quadratische Empfindlichkeit oder Kennlinie bewirkt. ^

iiline andere Ausführung des elektromechanischen Filters nach der Erfindung ist in Fig. 27 dargestellt, der bei zwei Zonen 79 aus U-förmigem magnetrostriktivem Material auf einer Isolationsschicht 73 > z.B. Siliciummonoxid, aufgebracht sind, so daß sie jede Längshälfte des Resonators 72 bedecken. Dieses Filter wird durch Zuführan eines Eingangssignals zu beiden Zonen 79 aus der oignalquelle 19 über kapazitiv überbrückte, entgegengesetzt gepolte Gleichvorspannungsquellen 77 und 84 angeregt, wodurch der Resonator 72 mit seiner ersten Harmonischen schwingt, die gleich der Eingangssignalfrequenz ist. Die Ausgangssignale werden an jedem Paar von Leitungen 75 und 76 ™

aus U-förmigem piezoresistivem Material 80 im Biegestab 75 abgegriffen, wobei eine geeignete Sperrvorspannung an die PN-Übergänge zwischen den Widerständen 80 und dem Kristall 10, wie bei den Schaltungsanordnungen nach den Fig. BA, 8B und 80 angelegt wird.

Hoch eine andere Ausführung der Erfindung ist in Fig. 28 dargestellt, bei der ein metallischer Leiter 88, z.B. Aluminium oder Molybdän oder mit Kupfer, Silber oder Gold beschichtetes Chrom auf dem einen Hohlraum 82 im Kristall

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BAD ORIGINAL

10 überbrückenden Resonator aufgebracht ist, wobei eine isolierende Schicht 100, die z.B. aus Siliciummonoxid besteht, den Leiter 88 vom Silicium des Resonators 81 trennt. Eine' piezoresistive.Zone 83 wird in der zuvor beschriebenen Weise vor dem Aufbringen der Siliciumoxidschicht in das Silicium des Resonators 180 eindiffundiert. Die Ausgangssignale werden an der piezoresistiven Zone 83 über zwei Ausgangsleitungen 85 und 86 abgenommen, wobei an den PN-Übergang zwischen der Zone 83 und dem Kristall 10 in der bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 8A beschriebenen Weise eine Sperrspannung angelegt wird. Dabei werden die eingangsseitigen Wechselsignale alle aus der Weohselsignalquelle 19 an dem Leiter 88 angelegt.

Unter dem Resonator 81 im Hohlraum 82 ist ein magnetisches Bauteil 87 angeordnet, bei dem es sich um Alnico handeln kann, das auf die Oberfläche des Kristalls 10 aufgesprüht oder aufgedampft und, nachdem der Hohlraum 82 in der beschriebenen Weise gebildet ist, permanent magnetisiert wird. Während des Betriebs wirkt daher das durch den Strom im Leiter 88 hervorgerufene elektromagnetische Wechselfeld mit dem magnetischen Feld des Dauermagneten 87 derart zusammen, daß der Resonator 81 schwingt. Wenn die Eingangssignalfrequenz mit der Resonanzfrequenz des Resonators 81 übereinstimmt, schwingt der Resonator 81 mit seiner Grundschwingung, so daß die von dor piezoresistiven Zone 83 abgegebenen Signale ihren Maximalwert erreichen.

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Fig. 29 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführung der Erfindung. Diese Ausführung ähnelt der nach Pig. 28 insofern, als ein Hesonatorstab 90 eine leitende Schicht 91 trägt , z.B. einen metallischen Film, der aus einem Metall besteht, z.B. eines der bei Pig. 28 aufgezählten Metalle, das auf einem isolierendem Material 92, z.B. Siliciummonoxid, aufgebracht ist, das seinerseits auf dem Silicium des Resonatorstabes 90 aufgebracht ist, das hier als P-leitend angenommen ist, nachdem eine U-förmige Zone 93 entgegengesetzten Leitungstyps in das Silicium des Resenators 90 eindiffundiert wurde, um ein piezoresistives Dehnungsmeßelement zu bilden. Der auf diese Weise im Silicium ausgebildete PN-Übergang ist an eine Sperrspannung gelegt, die von einer kapazitiv überbrückenden G-leichspannungsquelle 29 abgegeben wird, so daß er einen hohen Widerstand darstellt. Die EingangesignaIe werden von einer Wechselsignalquelle 19 abgegeben und über einen Strombegrenzungswiderstand 97 an einen metallischen Leiter 91 gelegt, während das Ausgangssignal durch Messen von Spannungen an der bifilaren piezoresistiven Zone 93 gebildet wird. Diese Spannungen werden durch Anlegen einer kapazitiv überbrückten Gleichspannungsquelle 94 in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 95 an der piezoresistiven Zone 93 erzeugt. "

Die Ausgangsaignale erscheinen dann zwischen dem Ausgangsanschluß 96 und Masse bzw. Erde.

Der Resonator 90 befindet sich in dem konstanten Magnetfeld eines Dauermagneten, das parallel zur Ebene des Resonators verläuft, wfe es durch die PfeiXe angedeutet ist. Dieser Magnet befindet sich außerhalb des elt&romechanischen Filters und kann beispielweise der Dauermagnet eines

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Lautsprechers sein. Der Resonatorstab 90 kann mit einem Siliciumkristall 98 integriert sein, wie dies bei zuvor beschriebenen Ausführungen*der Fall ist, sofern es sich nicht um ein "diskretes" elektromechanisch.es Filter handelt, bei dem ein Siliciumstab starr an einer unbiegsamen Bodenplatte aus beispielsweise Keramik befestigt ist. Me Einrichtung nach Fig. 29 umfaßt eine einfache, niederohmige Anregungsvorrichtung für den Resonator 90. Das konstante Magnetfeld hat keinen nachteiligen Einfluss auf die Bauelemente der integrierten Schaltung, die auf dem Kristall 10 ausgebildet sein können. Bei dieser Ausführung des elektromechanischen Filters afolgt die Anregung von ITa uur aus linear, d.h., die den Resonator 90 anregende Kraft ist unabhängig von der Resonatordurchbiegung. Dadurch ergibt sich zusammen mit der Linearität des piezoresistiven Meßumformers im Biegestab 90 ein elektromechanischer Resonator mit guten Filtereigenschaften. Darüber hinaus ist die elektromechanisch^ Kopplung bei äußeren Magnetfeldern mit merklicher Amplitude verhältnismäßig groß. Durch Ausbildung dieser Einrichtung in einem einzigen Kristall kann die Anregungsvorrichtung verwendet werden, wenn das Filter in einer integrierten Schaltung ausgebildet ist.

Fig. 30 zeigt eine Kristallkonfiguration, die als Grundlage für weitere Ausführungen der Erfindung dient. Der Resonator 101 ist hier in Längsrichtung an denjenigen Stellen gehaltert, an denen sich bei Resonanz in der BiegQschwingungsfOrm Knoten ausbilden. Der Resonator ist also in der einen Knotenzone

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durch zwei Querteile 102. und'1.0.3 und in der anderen Knotenzone durch zwei weitere Querteile 104 und 1q5£bhaltert. Der Resonator 101 und die Querteile 102 bis sind mit dem Kristall 10 in ähnlicher Weise, wie zuvor beschrieben, integriert. Die Ausführung nach Fig. 30 läßt sich in ähnlicher Weise, wie zuvor beschrieben, anregen. Dazu enthält sie zwei Streifen 106 und 1o7, von denen einer, z.B. der Streifen 106, vorzugsweise eine piffioresistive in den Kristall eindiffundierte Zone ist, während der andere, z.B. der Streifen 107» einen metallischen Leiter umfaßt, der darauf aufgebracht und ™

dagegen isoliert ist. Die Streifen können auf dem Halterungsteil des Kristalls 10 enden und an diesen Enden elektrisch kontaktiert sein. Die Streifen können aber auch in der dargestellten Weise über die QuerteiTe weiterverlaufen. Diese Anordnung läßt sich in der zuvor beschriebenen Weise herstellen, indem das in Pig. 30 dargestellte Muster zum Wegätzen des epitaxial auf dem Kristall 10 aufgewachsenen Siliciums verwendet wird. Die elektromechanische Energie kann dem Resonator 101 in der bei den zuvor beschriebenen Ausführungen erwähnten Weise über den Streifen 107 zugeführt werden.

Pig. 31 ist die Draufsicht auf ein mehrgliedriges Bandpaßfilter nach der Erfindung. Dieses Filter wird in der oben beschriebenen Weise hergestellt, jedoch mit einer anders geformten ResonatorvDrrichtung, die mehrere Resonatoren 110, 111 und 112 umfaßt. Diese Resonatoren gehen von einem mittleren Stab oder Stamm 113 aus, der eine Vertiefung 114 im Kristall 110 überbrückt. Der Resonator 110 läßt sich mit irgendeiner geeigneten der zuvor be-

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schriebenen Yoirichtungen anregen. Das Filter kann "beispielsweise aus einem Kristall des einen Leitungstyps, z.B. des P-Typs gebildet sein. Bei der Herstellung wird also die untere Zone, nachdem eine P-leitende Zone epitaxial auf der Siliciumnitridplatte in der zuvor ■beschriebenen Weise aufgewachsen ist, durch Läppen oder auf andere Weise bis auf die gewünschte Dicke reduziert werden. In demjenigen Teil des Kristalls, in deITi 'der Resonator 110 ausgebildet werden soll, wird eine N-leitende Zone eindiffundiert. Das sich anschließende Abdecken (Maskieren) und Wegätzen erfolgt auf der Oberfläche verringerter Dicke oder der unteren Oberfläche des ursprünglichen Kristalls, so daß sich das Bauelement nach Mg. 31 ergibt, bei dem Zonen und 116 N-leitend sind und der Rest des Bauelements P-leitend ist. Dann wird an die Zone 115 eine Wechselspannung mit einer G-leichspannung angelegt, und der Rest des Bauelements regt den Resonator 110 kapazitiv zum Schwingen an. Diese Schwingung wird mechanisch über den Stab 113 auf den Resonator 111 übertragen, so daß dieser ebenfalls zum Schwingen angeregt und dadurch der Durchlaßbereich des Filters in an sich bekannter Weise vergrößert wird. In ähnlicher Weise wird der Resonator 112 aufgrund seiner mechanischen Kopplung mit den Resonatoren 110 und 111 ebenfalls zur Resonanz angeregt, wodurch der Durchlaßbereich noch weiter vergrößert wird. Erforderlichenfalls können noch weitere Resonatoren hinzugefügt werden, wenn der Durchlaßbereich noch weiter vergrößert werden soll. Der Ausgang des Filters wird von einer U-förmigen piezoresistiven Zone 116 des N-Leitungstyps gebildet, die in die eine Längshälfte des Resonators 112 eindiffundiert ist.

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Uaeh diesem oben beschriebenen Verfahren läßt sich also ein elektromechanisches Filter herstellen, das für die neueste Halbleitertechnologie geeignet und für eine oder als monolithische integrierte Halbleiterschaltungsanordnung geeignet ist. Das Ausgangssignal hangt linear von der Resonatordehnung ab, wodurch verhindert wird, daß das filter selbst Oberwellen erzeugt. Der Ausgagskreis des Filters belastet nicht den Eingangskreis, und als Ausgangsimpedanz können Widerstände mit den verschiedensten Werten gewählt werden. Dadurch, daß der mechanisch-elektrische Umformer im Aasgangskreis mit dem schwingenden Teil des Filters (dem Resonator) integriert ist, wird außerdem beim erfindungsgemäßen Filter verhindert, daß die Signale infolge von Verlusten an Grenzflächen zwischen Resonator und Umformer gedämpft werden. Durch Ändern des in den Halbleiterkristall, zu ätzenden Musters lassen sich Resonatoren mit jeder beliebigen komplizierten. Form herstellen.

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Claims

- iHoiogexempia. Patentansprti ehe

1. Elektromechanischee Filter, das für monolithisohe integrierte Sohaltungsanordnungen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet , daß es einen Halbleiter-Krietall (10) mit einer darin auegebildeten Vertiefung enthält, daß ein mit dem Krietall integrierter Resonator die Vertiefung Überbrückt, daß eine den Resonator mit mechanischer Energie versorgende Vorrichtung zur Anregung des Resonators an diesem angeschlossen ist und daß eine piezoresiitive Abgabevorrichtung mit dem Resonator integriert ist und auf Schwingungen des Resonators derart anspricht, daß sie ein Signal abgibt, dessen Amplitude und Frequenz jeweils proportional der Amplitude und Frequenz der Schwingung des Resonators ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die den Resonator mit meohanieoher Energie versorgende Vorrichtung einen P-N-Ubergang in Riohtung der Längsachse des Resonators und eine Vorrichtung zum Anlegen einer Elngangsspannung an den übergang umfaßt.

3. Filter naoh Anspruch 1,daduroh gekennzeichnet , daß der den Resonator enthaltende Halbleiterkristall aus einem Material des einen Leitungstyps besteht, daß die dem Resonator meohanisohe Energie zuführend· Vorrichtung einen ersten P-N-Übergang an der Orenzfläohe zwischen dem Resonator und einer darin befindlichen Zone dee entgegengesetzten Leitungstype enthält und daß die piezoresistive Abgabevorrichtung eine Zone des einen Leitungetyps innerhalb der entgegengesetzt leitenden Zone umfaßt.

_' 0 9 f j 1 h I 1 2 k U

- 4Γ-

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall des einen Leitungstyps P-leitendes Silicium enthält, daß das Material entgegengesetzten Leitungstyps N-leitendes Silicium ist und die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung in Richtung einer kristallografischen O¹¹!^ -Achse verläuft.

5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall des einen Leitungstyps N-leitendes Silicium enthält, das Material entgegengesetzten Leitungstyps P-le4tendes Silicium ist und die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung in Richtung einer kriBtallografischen {fOC^ -Achse verläuft.

6. Filter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung eine leitende Vorrichtung, die in der Nähe des Resonators angeordnet ist, jedoch so weit von ihm entfernt ist, daß sie ihn nicht berührt, wenn der Resonator in Resonanz schwingt, und eine feiiae Spannung an die leitende Vorrichtung des Resonators anlegende Vorrichtung enthält.

7. Filter nach Anspruch 6 ,dadurch gekennzeichnet , daß die leitende Vorrichtung eine am Kristall am Boden der Vertiefung befestigte metallische Zone umfaßt.

8. Filter nach Anspruch 6 ,dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall vom einen Leitungstyp ist und die leitende Vorrichtung eine Zone des entgegengerichteten Leitungstyps umfaßtj die am Boden der Vertiefung ausgebildet ist.

9. Filter nach Anspruch 6 ,dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall P-leitendes Silicium enthält und die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung in Richtung einer kristallografischen <111> -Achse verlauft. ?Ö98U/124*

10. Filter nach Anspruch 6 ,dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall N-leitendes Silicium enthält und die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung in Richtung einer kristallografischen <ί00/> -Achse verläuft.

11. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung eine erste leitende Vorrichtung, die parallel zum Resonator verläuft und in der Nähe des Resonators angeordnet ist, jedoch so weit von diesem entfernt ist, daß sie ihn nicht berührt, wenn er in Resonanz schwingt, eine zweite leitende Vorrichtung, die auf dem Resonator angeordnet ist, jedoch elektrisch von diesem isoliert ist, eine der ersten leitenden Vorrichtung Eingangssignalstrom zuführende Vorrichtung und eine der zweiten leitenden Vorrichtung zusätzlichen Eingangssignalstrom zuführende Vorrichtung enthält.

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall P-leitendes Silicium enthält, daß die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung in Richtung einer kristallografischen ^111^ -Achse verläuft, daß die erste leitende Vorrichtung am Boden der Vertiefung angeordnet, aber elektrisch gegenüber diesem isoliert ist und einen Teil der aus einer N-leitenden Zone des Kristalls und einem metallischen Film bestehenden Gruppe enthält, und daß die zweite leitende Vorrichtung einen Teil der aus einer N-leitenden Zone des Kristalls und einem metallischen Film bestehenden Gruppe enthält.

13. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkristall N-leitendes Silicium enthält, wobei die Längsachse der piezarresistiven Abgabevorrichtung längs einer kristallografischen 000^ -Achse gerichtet ist, daß die erste leitende Vorrichtung am Boden der Vertiefung angeordnet, aber elektrisch gegenüber diesem

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isoliert ist und einen Teil, einer aus einer P-leitenden Zone des Kristalls und einem metallischen Film gebildeten Gruppe enthält, und daß die zweite leitende Vorrichtung den einen Teil einer aus einer P-t-leitenden Zone dmäses Bauteils und einem metallischen Film bestehenden Gruppe enthält.

14. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite leitende Vorrichtung über der gesamten Länge des Resonators angeordnet ist.

15. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite leitende Vorrichtung auf einem Teil der gesamten Länge des Resonators angeordnet ist.

16. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung einen Film aus magnetrostriktivem Metall, das auf der gesamten Länge des Resonators angeordnet ist, und eine Vorrichtung enthält, die über die gesamte Länge des Films Eingangsstrom zuführt.

17. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung zwei Paare von weitgehend parallelen Streifen aus magnetostriktivem Metall, von denen jedes Paar über nahezu der gesamten Längshälfte des Resonators angeordnet und etwa in der Mitte der Länge de» Resonators mit dem anderen verbunden ist, und eine Vorrichtung enthält, die den verbundenen Enden dedes Paares der Streifen ein Eingangssignal zuführt.

18. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung eine auf dem Resonator angeordnete leitende Vorrichtung, eine an dem Kristall im Boden der Ver-

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tiefung befestigte Dauermagnetvorrichtung und eine der leitenden Vorrichtung Eingangssignalstrom zuführende Vorrichtung enthält.

19· Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung eine auf dem Resonator angeordnete leitende Vorrichtung, eine ein konstantes Magnetfeld erzeugende Vorrichtung ausserhalb des Kristalls und eine der leitenden Vorrichtung Eingangssignalstrom zuführende Vorrichtung enthält, wobei das konstante Magnetfeld so gerichtet ist, daß mindestens ein Teil dieses Magnetfeldes senkrecht zur Stromrichtung des durch die leitende Vorrichtung fließenden Stroms gerichtet ist.

20. Filter nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet , daß die das konstante Magnetfeld erzeugende Vorrichtung einen Dauermagneten enthält.

21. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die mit dem Resonator integrierte piezoresistive Vorrichtung bifilar ausgebildet ist.

22. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung eine Schicht aus Isoliermaterial, das die obere Oberfläche des Resonators überzieht, einen Film aus Metall, der die Schicht aus Isoliermaterial überzieht, und eine an den Resonator und den Film aus Metall ein Eingangssignal anlegende Vorrichtung enthält.

23. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter des Kristalls vom einen Leitungstyp ist, daß der Halbleiter des mit dem Kristall integrierten Resonators vom entgegengesetzten Leitungetyp ist

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und daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung eine ein Eingangssignal an den Übergang zwischen den Zonen entgegengesetzten Leitungstyp anlegende Vorrichtung enthält.

24. Filter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiter des Resonators P-leitendes Silicium enthält und die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung längs einer kristallografischen <fi 11^· -Achse gerichtet ist.

25. Filter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiter des Resonators N-leitendes Silicium enthält und die Längsachse der piezoresistiven Abgabevorrichtung längs einer kristallografischen -Achse gerichtet ist.

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~ sr -

26o Filter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Resonator einen Stab (oder Stamm) mit mehreren freitragenden mechanischen Resonatoren enthält, die von dem Stab wegverlaufen, daß die dem Resonator mechanische Energie zuführende Vorrichtung mit mindestens einem der freitragenden mechanischen Resonatoren zu deren Anregung gekoppelt und die Abgabevorrichtung eine in einem anderen der." freitragenden mechanischen Resonatoren ausgebildete piezoresistive Zone umfaßt·

27· Filter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß es eine leitende Vorrichtung zum Anschließen der piezoresistiven Abgabevorrichtung und der anregenden Vorrichtung an die integrierte Schaltung enthält und die leitende Vorrichtung quer auf einer Oberfläche des Kristalls aufgebracht ist.

28. Verfahren zur Herstellung eines eDäctrome chanischen Filters in einer Siliciumplatte, die auf^einem Kristall des einen leitungstyps aufgewachsen is1/, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schicht aus Silicumnitrid auf einem Teil der einen Oberfläche des Kristalls aufgebracht wird, daß dann Silicium eines vorbestimmten Leitungstyps epitaxial auf dieser einen Oberfläche des Kristalls derart aufgewachsen wird, daß das Siliciumnitrid auf der Platte vollständig eingebettet ist, daß dann die Dicke des Siliciums auf der einen Seite des Siliciumnitrids zur Bildung eines Resonators vorbestimmter Dicke verringert wird, daß anschließend Verunreinigungen in die Oberfläche des Siliciums innerhalb einer in der Dicke verringerten Fläche eindiffundiert werden, die von den Seiten des zu

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- -er -

bildenden Resonators begrenzt ist, um eine Zone mit entgegengesetztem Leitungstyp wie dem des Silioiums zu bilden, daß dann "Fenster" bis zur Tiefe des Silioiumnitrids ■ eingeätzt werden« um die Seiten des Resonators zu begrenzen und schließlich die Silioiumnitridsohicht vollständig ^l weggeätzt wird, so daß eine Vertiefung oder ein Hohlraum unter dem Resonator entsteht·

29· Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen %

Filters in einer auf einem Kristall des einen Leituntstype aufgewachsenen Silioiumplatte, dadurch gekennzeichnet , daß eine Sohicht aus Siliciumnitrid auf einem Teil der einen Oberfläche des Kristalle aufgebracht wird, d*3 darüber Silicium eines vorbestimmten leitungstyps derart epitaxial aufgewachsen wird, daß die Silioiumnitridechioht vollständig in der aufgewachsenen Platte eingebettet ist, daß in die obere Oberfläche des epitaxial aufgebrachten Siliciums in eine von den Seiten des auszubildenden Resonators begrenzte Fläche Verunreinigungen derart eindiffundiert werden, daß eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps zu dem des epitaxial aufgebrachten Silioiums gebildet wird, daß g dann "Fenoter" bis zur Tiefe des Silioiumnitrids derart in das epitaxial aufgebrachte Silicium eingeätzt werden, daß dadurch die Seiten des Resonators begrenzt werden, und daß schließlich das Siliciumnitrid soweit weggeätzt wird, daß unter dem Resonator ein Hohlraum entsteht.

30. Verfahren naoh Anspruoh 29,dadurch gekennzeichnet , daß zuerst ein onergieumformendee Element auf der einen Oberfläche des Metalls ausgebildet,

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daß die Siliciumnitridschioht auf dem Teil der einen Oberfläche des Kristalls derart aufgebracht wird, daß sie das Energie umformende Element bedeckt, und daß die Bildung des Hohlraums das Energie umformende Element freilegt»

31. Verfahren nach Anspruch 29»dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Ätzen der Fenster in das epitaxial aufgebrachte Silicium Verunreinigungen in die Oberfläche der Zone mit dem vorbestimmten Leitungstyp eindiffundiert werden, um eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps in der Zone vorbestimmten Leitungstyps zu bilden.

32. Verfahren nach Anspruch 30,dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Ätzen der Fenster in das/epitaxial aufgebrachte Silicium Verunreinigungen in die Oberfläche der Zone mit dem vorbestimmten Leitungstyp eindiffundiert werden, um eine Zone entgegengesetzten Leitungstyps in der Zone vorbestimmten Leitungstyps zu bilden.

33. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Ausbildung eines Energie umformenden Elementes auf der einen Oberfläche des Kristalls Verunreinigungen in die eine Oberfläche des Kristalls zur Bildung eines Musters mit einem Leitungstyp, der entgegengesetzt zu dem Leitungstyp des Kristalle ist, eindiffundiert werden»

34. Verfahren nach Anspruch 30,dadurch gekennzeichnet , daß bei der Ausbildung eines Energie umformenden Elementes auf der einen Oberfläche des Kristalls

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- tg -

eine isolierende Schicht auf der einen Oberfläche dee Kristalls in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Muster ausgebildet und ein metallischer Film auf der isolierenden Schicht aufgebracht wird.

35. Verfahren nach Anspruch 29»dadurch gekenn zeichnet , daß zusätzlich eine isolierende Schicht auf der Oberfläche des Silioiumresonators und ein metallischer Film auf dem so gebildeten Isolator aufgebracht wird.

36. Verfahren nach Anspruch 30,dadurch gekenn zeichnet , daß zusätzlich eine isolierende Schioht auf der Oberfläche des Silioiumresonators und auf dem so gebildeten Isolator ein Metallfilm aufgebracht wird.

37. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Filters in einer Silioiumplatte, die auf einem Silioiumkristall des einen Leitungstyps aufgewachsen ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schicht aus Siliciumnitrid auf einem Teil der einen Oberfläche des Kristalle aufgebracht wird, daß dann Silicium eines vorbestimmten Leitungstyps epitaxial auf der einen Oberfläche dieses Kristalls derart aufgebracht wird, daß es das Siliciumnitrid vollständig in der aufgewachsenen Platte einbettet, daß dann die Dicke des Silioiums unter der Siliciumnitridechicht soweit verringert wird, daß sie der gewünschten Dicke des auezubildenden Resonators entspricht, daß in die untere Oberfläche des Silioiums unter der Silioiumnitridschicht Verunreinigungen in eine von den Seiten der auezubildenden Resonatorvorrichtung begrenzten Fläohe eindiffun-

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diert werden, um eine Zone mit entgegengesetzten Leitungetyp zu dem einen Leitungstyp auszubilden, daß in das Silicium unter der Siliciumnitrid-Sohicht bis auf die untere Oberfläche der Siliciumnitrid-Sohicht Fenster eingeätzt werden, die die Seiten des Resonators begrenzen, und daß die SiIiciumnitridschicht soweit weggeätzt wird, daß eine von dem Resonator überbrüokte Vertiefung entsteht·

38. Elektromechanischer Frequenzverdoppler, der als oder für eine monolithische integrierte Schaltung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem Halbleiterkristall ausgebildete Vertiefung von einem mit dem Kristall integrierten Resonator überbrückt ist, der sich in einem elektromagnetischen Wechselfeld befindet und von einem Wechselstrom durchflossen wird, dessen Frequenz gleich der Frequenz des Wechselfeldes und halb so groß wie die Resonanzfrequenz des Resonators ist, und daß eine Abgabevorrichtung auf die Schwingung des Resonators anspricht und ein Signal erzeugt, dessen Amplitude und Frequenz jewellB proportional der Amplitude und Frequenz der Resonatorschwingung ist.

39. Elektromechanisoher Frequenzverdoppler, der als oder für eine monolithisch integrierte Schaltung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er eine in einem Halbleiterkristall ausgebildete Vertiefung, die von einem mit dem Kristall integrierten Resonator überbrückt ist, an den eine Anregungsvorrichtung angeschlossen ist, die dem Resonator mechanische Energie zuführt, und einen Film aus magnetostriktivem Metall, das auf dor gesamten Läng·

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- te» -

des Resonators angeordnet let, so wie eine an die gesamte länge des Films ein Eingangssignal anlegende Vorrichtung, wobei das Eingangssignal aus einem Wechselstrom vorbestimmter Frequenz besteht» die gleich der halben Resonanzfrequena des Resonators ist,und eine mit dem Resonator verbundene auf die Schwingungen des Resonators derart ansprechende Abgabevorrichtung enthält, daß sie ein Signal erzeugt, dessen Amplitude und Frequenz jeweils proportional der Amplitude und Frequenz der Resonatorschwingung 1st.

4C. Vorrichtung zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts an piezoresistiven Dehnungsmeßzonen, die mit einem Halbleiterkörper integriert Bind, der gedehnt werden soll, wobei die Dehnungsmeßzonen nur in denjenigen Teilen des Körpers ausgebildet oind, in denen die Dehnung gemessen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Vorrichtung in den zu dehnenden Halbleiterkörper eindiffundiert und mit den piezoresistiven Zonen in denjenigen Teilen, in denen die Dehnung gemessen werden soll, elektrisch kontakttiert ist, daß die leitende Vorrichtung eine vollständige elektrische Schaltung mit den piezoresistiven Zonen bildet und durch andere Teile des Körpers hindurchverläuft, in denen keine Λ Dehnung gemessen werden soll, daß der Widerstand der leitenden Vorrichtung wesentlich niedriger als der Widerstand der piezoresiativen Zonen ist, um die Ausbildung eines elektrischen Kontakts mit den Dehnungsmeßzonen zu erleichtern, ohne die mechanische Bewegung des Körpers zu begrenzen und ohne unerwünschte, durch Dehnung hervorgerufene Signale in der Schaltung zu erzeugen.

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Fig. 27,

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Fig. 29.

Fig. 31. 209814/1244

Invsntors; William E. Engeler Marvin Garfinktl,

Fig.30

copy to—

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