DE1773481C3 - Mechanisch-elektrischer Wandler - Google Patents

Description

findlichkeit zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mechanischelektrischen Wandler trotz hoher Empfindlichkeit einfach herstellbar und mechanisch stabil zu machen, fb id fidäß ddh

einfach herstellbar und m achen.

._ . . · . „l-nri Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Die Erfindung betrifft einen ^mechan'^sch;^e^^r'- „ _löst £ß dS Halbleiterplättchen eine Dicke von

sehen Wandler mit einem auf Biegung beanspruch- =5 ^JJ « aufweist und aus einer homogenen,

baren Halbleiterplättchen, das mn einem Uef e En_;r- hgst^ns ^m Energieniveaus erzeuget

gieniveaus erzeugenden Storstoff dot« .st und jma J Halbleitermasse besteht,

zumindest zwei Anschlußelektroden aufweist Ha.bleiterplättchen einer Dicke von höchstens

^?^erartlfK.i^meCi^anip^C t" , S ff 67^2?3 USA 3» 100 μηι sind durch Polieren und Ätzen von Halbleiterbekannt (befische Patentschrift 672 213. USA. 3 _eink^_{istallen leicht} herzustellen. Derartige Halbleiter-Patentschrift 3 320 568). _Wnnfl1._r /heioische plättchen sind nun nicht mehr starr sondern flexibel

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auswertbare elektrische Signale ergeben. Es ist über na« mit α |_{ußerordenUich} "empfindlich,

dies zusätzlich wünschenswert daß *e S^Aurge stott sind s^ Wandlerwir-

genau an einem im Halble.terk^er «"geordneten 4° ο _{Λγ dadurch unter}.

tionierung ist aber herstellungsmäßig unerwünscht. der spez.fische Widenta«! der mit djm tiefe Eneg.e-

Zu einer herstellungsmäßigen Komplizierung trägt 45 mveaus erzeugenden Storstoff dotierten Halbleiter-

auch de iiSachTbei, daß bei diesem bekannten masse ist, der sich unter der Beanspruchung

Wandler ein p-n übergang ausgebildet werden muß, ändert, wird dadurch eine besonders große W.der-

.1» nur mit Dioden oder Transistoren eine Druck- Standsänderung hervorgerufen, die eben zum guten

efetSttrrSn*" ^^^ ₅o ^WSfS£5SffÄiL·^ keine in es Auch Sinais "der USA,Patentschrift 3 32.» 568 einbezogenen p-n-übergänge aufweisen muß vielbekannten Halbleiterbauelement wird ein p-n-über- mehr aus homogener JJadbleitermasse besteht auf d« gang benützt, um die gewünschte druckabhängige lediglich Anschlußelektroden aufzubringen sind, .st es Widerstandsänderung zu erzielen. Das Halbleiterbau- sehr einfach herstellbar Es ist überdies ohne weiteres element hat dabei die Form eines einseitig einge- 55 möglich, derartige Wandler mit gut reproduzierbaren spannten Plättchens, das auf Biegung .beansprucht Eigenschaften herzustellen _A,_iefnhrilBe, wird. Da jedoch auf diese Weise ein Ausgangssignal Die Erfindung w.rd an Hand eines Ausfuhrungsauswertbarer Größe noch nicht erzielt werden könnte, beispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt wird das Plättchen weiter lokal bis in die Nähe des F i g. 1 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht p-n-Überganges eingekerbt um damit eine Konzentra- 6o einer Ausfuhrungsform eines mechanisch-elektrischen tion der durch die Biegung hervorgerufenen mechani- Wandlersund

sehen Beanspruchung zu erzielen, die zu einer Ver- F ι g. 2 Strom-Spannungs-Kennlinien dieses Wand-

größerung der erzieibaren Widerstandsänderung lers. .

führt. Es werden weiter zahlreiche zusätzliche Maß- Ein Silizium-n-Halbleiter mit einem spezifischen nahmen beschrieben, um den Effekt noch zu verstär- 6₅ Widerstand von 10 Ω cm wird senkrecht zu einer

ken So kann beispielsweise auch der eingekerbte (lll)-Achse in einer Dicke von 110 um geschnitten.

Bereich zusätzlich mit Gold oder Kupfer, also einem Wenn das Halbleiterplättchen auf 100 um poliert

liefe Energieniveaus erzeugenden Storstoff dotiert wird, erhält es eine große Flexibilität. Kupfer wird im

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Vakuum auf eine Seite dieses dünnen Halbleiterplättchens aufgedampft. Zum Eindiffundieren des Kupfers in das Silizium erfolgt eine Wärmebehandlung bei 1000° C unter Wasserstoffgas. Daraufhin werden Planarelektroden auf einer Seite angebracht, von denen die eine eine Ohmsche Elektrode ist und die andere eine Schottky-Sperrschicht bildet. Der so erhaltene machanisch-elektrische Wandler ist in F i g. 1 dargestellt.

Der Wandler besteht aus einem Halbleiterplättchen 1, das durch Eindiffundieren von Kupfer in flexibles scheibenförmiges Silizium hergestellt wurde, das eine Dicke von weniger als 100 μΐη aufweist, ferner aus einer Au-Elektrode2 mit einer Schottky-Sperrschicht, einer ringförmigen, mit dem Halbleiterplättchen 1 in Ohmschen Kontakt stehenden Au(0,8% Sb)-Elektrode 3, einer zum Aufbringen der Spannung bestimmten Nadel 4, die an einem elastischen Plättchen 5 befestigt ist, das die mechanische Energie auf das Halbleiterplättchen überträgt. Von der Au-Elek- ao trode 2 führt ein Anschlußdraht 6 und von der Ohmschen Au(O,8°/o Sb)-Elektrode 3 ein Anschlußdraht 7 nach außen. Die Anschlußdrähte 6 und 7 sind mit Klemmen 8 und 9 versehen. Ferner ist ein Sockel 10 vorgesehen. as

Fig. 2 zeigt Strom-Spannungs-Kennlinien zwischen den Klemmen 8 und 9 des Wandlers. Die Kurven 11, 12, 13 und 14 zeigen die Kennlinien für Drücke von 0,10^s, 5 - 10² bzw. 5 · 10³ g/cm².

Hieraus ist ersichtlich, daß sich der elektrische Widerstand mit einer Erhöhung des Drucks, insbesondere bei etwa 10² g/cm², merklich verändert. Somit weist der Wandler eine Empfindlichkeit auf, die 10»mal so groß ist wie die eines bekannten Wandlers.

Wie in F i g. 1 dargestellt, wird die Spannung nur auf die Seite des Halbleiterplättchens 1 aufgebracht, die nicht mit der Elektrode 2 versehen ist, so daß die mechanisch schwache Elektrode 2 geschützt ist. Auf diese Weise werden die Zuverlässigkeit und die Stabilität des Wandlers stark verbessert.

Obwohl in der obigen Ausführungsform ein Siliziumhalbleiter verwendet wird, können auch andere Halbleiter, z. B. Ge, GaAs oder GaP mit gleicher Wirkung verwendet werden. Auch diese Materialien werden flexibel, wenn sie auf eine Dicke von weniger als 100 um poliert werden. Au, Co, Ni und Fe können als Störstoff verwendet werden, die mit gleicher Wirkung wie Cu tiefe Energieniveaus im Halbleiter bilden.

Die Wirkung des Wandlers wird nicht wesentlich verändert, wenn mehr als zwei elektrische Anschlüsse vorgesehen sind.

Wie oben im Einzelnen beschrieben, weist ein erfindungsgemäßer mechanisch-elektrischer Wandler eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit auf. Er kann als variabler Widerstand, als Druckmesser. Strömungsmesser, Wasserstandsmesser od. dgl. verwendet werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (2)

werden. Damit soll erreicht werden, daß die Ausbildung von Defektstellen im Kristallgitter des HaIb- Patentanspriiche: leiterplättchens im Bereich der Einkerbung verbes- ,„ Ji ■* <»;nf.m seit wird. Die Einkerbung stellt eine mechanische

1. Mechanisch^lektrischer Wandle.-mit einem _{d die die} Lebensdauer des Wandlers aufBKgungbeanspnichbarenHalbleiterplat^ien, J _chdich vermindert.

das mit einem tiefe Energieniveaus fugenden Wandlern mit p-n-Übergängen ist gemein-

Störstoff dotiert ist und zumindest zwei Anscniuu- ^_ß ^ ^ ^ u^aterwaknsxail erforderlich

elektroden aufweist, dadurch ge««n- : '_{bd d über}dies der p-n-Übergang möglichst

zeichnet, daß das Ha^leiterplattchen(l)eme ist, _{oberfläche liegen muß}. _{Da diese Wandler}

Dicke von höchstens 100 μη aufweist und aus «^^ _einem Halbleitereinkristall ,bestehen, V_0n-

einer homogenen, gleichmäßig mit dem tiete ^.^ ^ ^g_6n Biegungen unterworfen

Energiemveaus erzeugenden Storstoff dotierten ^^ Stärkere Biegungen haben eine Zerstörung

Halbleitermasse besteht. , Wandlers zur Folee

2. Mechanisch-elektrischer Wandler nach An- d«^SS^Uhalb auch schon Wandler aus HaIbh 1 daduch gekennzeichnet dab dasHam- 5 fil d d

2. Mechanisch-elektrischer Wandler nach An d^SS^Uhalb auch schon Wandler aus HaIb-

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab dasHam- 5 _elkrjstall-Dünnfilmen verwendet worden. Der-

leit.erplättchen(l) mit einer (2) der Anschluß- ™™_{ler weisen jedoch einen schlechten Wir}.

elektroden (2, 3) eine Schottky-Sperrschicht bil- gjg^ _auf ._und ^ _{ist überdies schwie%} ^

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gjg^ _{auf und} ^ _% ^

^det- ihnen eine konstante und gut reproduzierbare Emp-