DE1901425A1 - Magnetoelektrischer Wandler - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

DIPL.ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

β München 2, Rosental 7, 2.Aufg.

τβΐ.-Adr. LelnpatMUndien Telefon (BtII) 2« 1·Ι·

den 13. Januar 1969

Unser Zeichen

Z/Va/Lo-POS-16599

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., Osaka / Japan Magnetoelektrischer Wandler

Die Erfindung betrifft einen magnetoelektrischen Wandler, und zwar einen magnetoelektrischen Wandler, der ein auf Druck ansprechendes Bauelement verwendet, das mit Mitteln zum Umwandeln der Stärke eines Magnetfeldes in mechanische Spannung gekoppelt ist.

Herkömmlicherweise werden pn-Flächendioden, Transistoren oder Halbleiterdünnschichten als mechanoelektrische Wandler verwendet.

Es wurde bereits ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen, dessen Innenwiderstand sich stark verändert, wenn eine mechanische Spannung aufgebracht wird. Genauer gesagt, dieses Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper auf, in dem in

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der Nähe der einen Hauptfläche ein Bereich ausgebildet ist, der stark mit einem Störstoff dotiert ist, der einen tiefen Energiepegel im verbotenen Band des Halbleiterkörpers bildet. Wenigstens eine Metallelektrode steht in Gleichrichtkontakt mit diesem Bereich und wenigstens eine Metallelektrode steht in ohm¹schein Kontakt mit dem übrigen Bereich des Körpers. Wenn ein Druck wenigstens auf eine-der den Gleichrichtkontakt herstellenden Metallelektroden ausgeübt wird, ist festzustellen, daß sich der elektrische Widerstand zwischen dieser Metallelektrode und der den ohm¹sehen Kontakt herstellenden Metallelektrode weitgehend ändert. Dieses Halbleiterbauelement spricrit auf die aufgebrachte mechanische Spannung sehr leicht an.

Es wurde festgestellt, daß die Stärke eines Magnetfeldes in Widerstand eines oben beschriebenen Bauelement s^uingewandelt werden kann, wenn das Bauelement mit einem magnetoelektrischen Wandler, d.h. einem Körper aus magnetischem Material verbunden wird.

Durch die Erfindung soll ein magnetoelektrischer Wandler geschaffen werden, der einen Halbleiterkörper aufweist, dessen Innenwiderstand sich durch Aufbringen von Druck stark ändert, und einen Körper aus magnetischem Material, der mit dem Halbleiterkörper verbunden ist, wobei ein vorhandenes äußeres Magnetfeld im Halbleiterkörper mechanische Spannung hervorruft, wodurch sich der Bahnwiderstand des Körpers der aufgebrachten Spannung entsprechend ändert.

Bei dem vorliegenden Wandler kann eine Veränderung der Stärke des Magnetfeldes gleichmäßig und kontaktfrei mit hoher Empfindlichkeit in eine Veränderung des elektrischen Widerstands umgewandelt werden.

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Im allgemehen wird die Lebensdauer eines mechanoelektrischen Wandlers durch die Größe und die Häufigkeit des Zuführens eines Impulses bestimmt. Bei dem erfindungsgemäßen Wandler wird jedoch kein Stoß auf den Halbleiterkörper ausgeübt, wodurch : seine lebensdauer verlängert wird. Ferner ist der erfindungs- > gemäße Wandler frei von Erschütterungen, da die Spannung durch ; ein Magnetfeld aufgebracht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die aus einem Halbleiterkörper und einem Körper aus magnetischem Material bestehende Einheit in einem Gehäuse aus nichtmagnetischem Material verschlossen. Da in diesem Fall die ganze Einheit hermetisch in einem Gehäuse verschlossen werden kann, kann der Halbleiterkörper vor Zerstörung durch die äußere _; Atmosphäre geschützt werden, die sonst einen starken Einfluß ausübt.

V/eitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, : und zwar zeigen

Fig. 1 eine Seimittansicht eines erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandlers, _;

Fig. 2 die Spannung-Strom-Kennlinie des in Fig. 1 dargestellten Wandlers,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines im erfindungsgemäßen Wandler verwendeten mechanoelektrischen Wandlerbauele-

Fig. 4 einf; Spannung-Strom-Kennlinie des in Fig. 3 dargestellten Bauelements und

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Fig. 5 die Spannung-Strom-Kennlinie des das in Fig. 3 dargestellte Wandlerbauelement enthaltenden Wandlers gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen magnetoelektrischen Wandler, der einen Halbleiterkörper 1 aufweist, bei dem sich der Bahnwiderstand durch Aufbringen eines Drucks stark verändert. Auf beiden Flächen des Halbleiterkörpers 1 sind Metallelektroden 2 und 3 ausgebildet. Der Halbleiterkörper 1 ist mittels der einen Elektrode 2 in einem Gehäuse 4 aus nichtmagrietischem Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff, befestigt und wird von ihm gehalten. Auf dor anderen Elektrode 3 ist ein Block 5 aus magnetischem Material, beispielsweise Eisen, angeordnet. Nach außen führende Anschlüsse 6 und 7 sind mit den Metallelektroden 2 und 3 vei'bunden. Wenn ein Magnetfeld senkrecht zur Hauptfläche des Halbleiters angelegt wird, wie in Fig. 1 dargestellt, wird unter der Voraussetzung, daß das Gehäuse 4 des Wandlers feststeht, der Block 5 aus magnetischem Material der Feldstärke entsprechend in Richtung des Magnetfeldes angezogen. Auf diese Weise übt der Block 5 einen der Feldstärke entsprechenden Druck auf den Halbleiterkörper 1 aus. lni'ei_trodessen verändert sich dir Balinwi dornt and des iialblei terkorncrs 1 in Abhängigkeit von der Feldstürke. Wonn eine konstante Spannung an den Halbleiterkörper 1 goj egt wird,, erscheint diu Veränderung des Bahnwiderstands als Veränderung des Stroms in umgekehrtem VernäHnis.

Fig. 2 i-joij',! die Strom-Spannung-Kennlinien de» in Fi^r. dargestellten Wandlers bei verschiedenen Feldstärken. Die G ordnun_i'_j der Feldstärke ist IU< 11 ..-"Jl,-,. Es zeigt sich, daß je

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stärker das Feld ist, desto mehr Strom fließt, d.h. daß sich desto mehr der Bahnwiderstand verringert.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Halbleiterbauelements im einzelnen. Das Bauelement weist einen Halbleiterkörper 11 auf, ferner einen im Körper ausgebildeten Bereich 12, der stark mit einem Störs toi" f dotiert ist, der einen tiefen Energiepegel im verbotenen Band des Halbleiterkörpers 11 bildet, eine Metallelektrode 13» die einen Gleichrichtkontakt mit dem Beieich 12 herstellt und eine Metallelektrode 14, die einen ohm¹sehen Kontakt mit dem Halbleiterkörper 11 herstellt. Wenn Druck auf die Metallelektrode 13, wie in Fig. 3 dargestellt, aufgebracht wird, verstärkt sich der durch das Bauelement fließende Strom, v/ie FLg. 4 zeigt, in der die Kurve 15 das Strom-Spannungs-Verhältnis onne Druck und die Kurve 16 das Verhältnis unter Druck darstellt. Dieses Halbleiterbauelement hat eine Druckempfindlichkeit, die 100-bis 1000-mal besser ist als die der bekannten mechanoelektrischen Wandler.

Fig. 5 zeigt die elektrische Kennlinie dieses im mecha- ; noelektrischen Wandler gemäß Fig. 1 verwendeten Bauelements. Da das oben beschriebene Halbleiterbauelement auf Druck sehr gut anspricht, kann bereits ein sehr schwaches Magnetfeld fest-t gestellt werden. :

Das Magnetfeld kann durch einen elektrischen Strom erzeugt werden, der durch eine Magnetspule fließt, oder durch einen Permanentmagnet. Im ersteren Fall kann der erfindungsgemäße Wandler als elektro-elektrischer Wandler dienen.

Als mit dem Halbleiterkörper verbundenes magnetisches Material kann beispielsweise Eisen, Ferrit oder ein Permanentmagnet verwendet werden.

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Wie die obige Beschreibung zeigt, kann der vorliegende magnetoelektrische Wandler auf kontaktfreie Weise die Stärke eines Magnetfeldes in die Anziehungskraft des magnetischen Materials und dann in den Widerstand des iialbleiterkörpers umwandeln. Demnach kann er als kontaktfreier Schalter verwendet werden und hat einen großen industriellen Viert.

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Claims (3)

190 U25 - 7 — Patentansprüche :

1. Magnetoelektrischer Wandler mit einem Halbleiterkörper, dessen Innenwiderstand durch Aufbringen von Druck stark veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwandeln der Stärke eines äußeren Magnetfeldes in elektrischen Widerstand der Halbleiterkörper (1) mit einem Körper (5) aus magnetischem Material verbunden ist.

2. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 der Halbleiterkörper aus einem Halbleiterbauelement (11) besteht, das eine Halbleiterträgersubstanz aufweist, in der in der liähe der einen Hauptfläche ein Bereich (12) ausgebildet ist, der stark mit einem Störstoif dotiert ist, der einen tiefen Energiepegel im verbotenen Band der Trägersubstanz bildet und der mit einer Metallelektrode (13) in Grleichrichtkoiitaktstelit, während eine Metallelektrode (14) mit der Trägersubstanz in ohm'schem Kontakt steht (Fig. 3).

3. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (1) und der Körper (5) aus magnetischem Material in einem Gehäuse (4) aus nichtmagnetischem Material hermetisch verschlossen sind und daß der Halbleiterkörper mit seiner einen Fläche an der Innenwand des Gehäuses befestigt ist.

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