DE2109418B2

DE2109418B2 - Mechanisch-elektrischer Wandler

Info

Publication number: DE2109418B2
Application number: DE2109418A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Takatsuki Osaka Higashi; Nobuaki Miura; Isao Taguchi
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1970-11-16
Filing date: 1971-02-27
Publication date: 1973-01-04
Also published as: FR2116351B1; US3872490A; CA920280A; DE2109418A1; FR2116351A1

Description

mit der Zinnoxidschicht (3) "teht. Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanisch-

7. Wandler nach eirem der Ansprüche 1 bis 5, 30 elektrischen Wandler mit einer Sperrschicht mit dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur gleichrichtenden Eigenschaften zwischen einem HaIb-Ausübung einer mechanischen Kraft die Form Ieitersubstrat und einer auf seiner Hauptfläche aufeiner Kugel (S') aufweist, die mit einem Teil gebrachten Schicht und mit einer Einrichtung zur ihrer Oberfläche in Kontakt mit der Zinnoxid- Ausübung einer mechanischen Kraft auf die Sperrschicht (3) steht. 35 schicht.

8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Bei einem bekannten Wandler dieser Art (»Elecdadurch gekennzeichnet, daß auf einem Teil der tronics In irnational«, 15. Sept. 1969, S. 223/224) ist Hauptfläche des Substrats (1) eine Isolierschicht die Sperr: ihicht zwischen N-leitendem Silicium und (2) ausgebildet ist und daß die Zinnoxidschicht (3) einer darauf aufgebrachten Molybdänschicht gebildet, sich auf der Substratoberfläche und teilweise auf 40 Die Einrichtung zur Ausübung einer mechanischen der Oberfläche der Isolierschicht (2) erstreckt. Kraft besteht aus einem auf die Molybdänschicht

9. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufgesetzten Druckstab. Die Sperrschicht ist in Sperrgekennzeichnet durch eine Schutzschicht, die eine richtung vorgespannt, und bei Erhöhung der mechagenügende Härte aufweist, um die Zinnoxid- nischen Kraft mit Hilfe des Drjckstabes tritt eine schicht (3) gegen eine Beschädigung durch die 45 Erhöhung des Sperrstroms auf. iZine isolierende eine mechanische Kraft ausübende Einrichtung (5) Siliicumdioxidschicht erstreckt sich auf einem Teil zu schützen. der Haup'ifläche des N-leitenden Siliciums, und die

10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekenn- Molybdänschichi liegt teilweise direkt auf dem zeichnet, daß die genannte Schutzschicht licht- N-leitenden Silicium und teilweise auf dem Siliciumdurchlässig ist. 50 dioxid auf. Die Aufbringung einer Molybdänschicht

11. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ist jedoch verhältnismäßig aufwendig, da hierfür gekennzeichnet durch eine lichtundurchlässige wegen des hohen Schmelzpunktes von Molybdän Schutzschicht. von etwa 2620⁰C nur besondere Verfahren, wie etwa

12. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, eine Elektronenstrahlaufdampfung, in Frage kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche des 55 Zudem handelt es sich bei Molybdän um ein verhält-Substrats (1,51) und die Zinnoxidschicht (3) so nismäßig weiches Material, welches dazu neigt, angeordnet sind, daß durch die eine mechanische deformierbar zu sein, wodurch die Reproduzierbarkeit Kraft ausübende Einrichtung (5,5') eine Scher- beeinträchtigt wird, sowie dämpfend zu wirken, spannung auf die Sperrschicht ausgeübt wird, wodurch die Empfindlichkeit des Wandlers beeinderen Größe von der durch diese Einrichtung 60 trächtigt wird.

ausgeübten Kraft abhängt. Bei einem weiteren mechanisch-elektrischen Wandler

13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch ge- (deutsche Aus'egeschrift 1 239 871) wird der PN-kennzeichnet, daß die Sperrschicht uneben ist. Übergang eines Halbleiters verwendet, der in dem

14. Wandler nach Anspruch 13, dadurch ge- Halbleiter durch Eindiffundieren oder Auflegieren kennzeichnet, daß die Hauptfläche des Substrats 65 erzeugt worden ist und auf den mittels eines Druck-(51) mindestens einen Vorsprung aufweist, auf Stabes Druck ausgeübt werden kann, was zu einer dessen obersten Teil eine Isolierschicht (52) auf- Vergrößerung des in Sperrichtung vorgespannten gebracht ist, und daß die Zinnoxidschicht (53) Sperrstroms des PN-Überganges führt. Ein Nachteil

ierartiger Wandler besteht in der geringen Linearität ier Kennlinien, was die Anwendbarkeit eines solchen Wandlers begrenzt. Ferner ist die Empfindlichkeit derartiger Wandler relativ gering, was bei dem bekannten Wandler dadurch ausgeglichen wird, daß der Wandler mit einem in dasselbe Siliciumsubstrat eindiffundierten Transistor kombiniert wird. Schließlich sind auch für die Erzeugung des PN-Überganges hohe Temperaturen erforderlich, was einen verhältnismäßig aufwendigen Herstellungsprozeß bedeutet.

Bei mechanisch-elektrischen Wandlern mit Halbleitersperrschichten ist es ferner bekannt, die Einrichtung zur Ausübung einer mechanischen Kraft kugelförmig auszubilden (deutsche Patentschrift 815 493) sowie eine unebene Sperrschicht zu verwenden, die Vorsprünge oder Kerben aufweist (deutsche Offenlegungsschrift 1 441 853 und deutsche Offenlegungsschrift 1913 IB), was zur Folge hat, daß bei Betätigung der Kraftausübungseinrichtung in der Sperrschicht eine Scherspannung entsteht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mechanisch-elektrischen Wandler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er eine gute Empfindlichkeit und verbesserte Linearität aufweist und in einfacher Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf die Hauptfläche des Halbleitt:- substrats aufgebrachte Schicht aus Zinnoxid besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Wandler ist das Aufbringen der Zinnoxidschicht einfach durchzuführen, da dieser Herstellungsschritt pyrolytisch bei einer relp*^:v geringen Temperatur von etwa 500"C durchgeführt werden kann. Auf Grund der relativ großen Härte der Zinnoxidschicht ist die Gefahr einer Deformation derselben relativ gering, so daß eine gute Stabi^:ität der Kennlinie erhalten wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläuteit. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen mechanischelektrischen Wand!c^r,

F i g. 2 ein Diagramm, das die Strom-Spannungs-Kennlinie des Wandlers von F i g. 1 zeigt,

F i g. 3 ein Diagramm, das den Sperrstrom des Wandlers in Abhängigkeit von der auf die Sperrschicht ausgeübten Kraft bei dem Wandler von Fig.! zeigt,

F i g. 4 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mechanisch-elektrischen Wandlers,

F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht eines Querschnitts durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mechanisch-elektrischen Wandlers,

F i g. 6 ein Diagramm, das den Sperrstrom des Wandlers von F i g. 1 mit dem Sperrstrom des Wandlers von F i g. 5 in Abhängigkeit von der auf die Sperrschicht ausgeübten Kraft zeigt,

F i g. 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines mechanisch-elektrischen Wandlers,

F i g. 8 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispki,

F i g. 9 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel,

F i g. 10 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel und

F i g. 11 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Der in F i g. 1 gezeigte Wandler besteht grundsätzlich aus einer Halbleiteranordnung und einer darauf angeordneten druckausübenden Einrichtung. Die Halbleiteranordnung besteht dabei aus einem

Substrat 1 aus N-leitendem Silicium, dessen spezifischer Widerstand beispielsweise ungefähr 1 ücm beträgt, und aus einer SnOj-Schicht 3, die auf die Oberfläche des Substrats durch Pyrolyse eines Zinnsalzes, wie etwa Dimethyl-Zinndichlorid, aufgebracht

ίο wurde. Die SnO₂-Schicht 3 soll so gewählt werden, daß sie eine hohe Leitfähigkeit aufweist und selbst einen N-leitenden Halbleiter darstellt. Die Leitfähigkeit soll dabei nahe bei der eines Metalls liegen, d. h. einer freien Elektroncnkonzentration von etwa 10²⁰ Atomen/cm³ entsprechen. Die SnO₂-Schicht mit den Eigenschaften eines N-leitenden Halbleiters kann durch eine schnell ablaufende chemische Reaktion gebildet werden, die Sr^₂ ergibt. Dieses Ergebnis ist vermutlich einem Überschuß \υη Metall (Mangel

so an Sauerstoff) zuzuschreiben, der aus der Schnelligkeit dieser Reaktion resultiert.

Es wurde gefunden, daß eine solche Anordnung Gleichrichtereigenschaften aufweist. Eine mögliche Erklärung dafür besteht darin, daß, wenn man SnO₂ als Metall betrachtet, diese Grenzschicht als eine Schottky-Sperrschicht wirkt, die sich zwischen der SnO₂-Schicht und dem Halbleitersubstrat ausbildet.

In F i g. 2 wird die Gleichrichterkennlinie der

Halbleiteranordnung von F i g. 1 gezeigt. In de^r Zeichnung zeigt die Kurve A die positive Kennlinie oder Durchlaßkennlinie, während die Kurve B die negative Kennlinie oder Sperrkennlinie der Anordnung zeigt.

Unter Bezugsnahme auf F i g. 1 wird nun die Struktur des Wandlers im ewelren und der Herstellungsprozeß desselben beschrieben. Es wird eine Schicht 2 aus isolierendem Material, wie etwa aus SiO₂, auf einer Hauptfläche eines N-Ieitenden SiIicium-Einkristallsubstrat 1 mit einer Dicke von 8000 A gebildet, das einen spezifischen Widerstand von ungefähr 1 Qcm aufweist. Dieses Halbleitersubstrat I kann entweder eine Kombination einer N-leitenden Schicht hohen spezifischen Widerstandes sein, die auf einer weiteren N-leitenden Schicht geringen spezifischen Widerstandes aufgebracht ist, oder es kann sich um eine N-leitende Schicht handeln, die vollständig oder teilweise eine P-leitende Schicht bedeckt. Die genannte SiO₂-Schicht 2 kann durch ein bekanntes Verfahren gebildet werden, wie etwa durch thermische Reaktion oder durch Pyrolyse von Süan bei relativ niedriger Temperatur. Ein solches Verfahren zur Bildung einer elektrischisolierenden Schicht gehört zum Stande der Technik.
Ar Stelle der SiO₂-Schicht kann auch andere« isolierendes Material verwendet werden. Derartig« weitere verwendbare Materialien sind z. B. Silizium· Nitrit (Si₃N₄), Bleiglas (SiO₂-PbO) und Aluminiumglas (SiO₂-Al₂O₃). Die Isolierschicht 2 wird Vorzugs weise bei einer relativ niedrigen Temperatur gebildet vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb etw; 900⁰C. Das Erwärmen auf extrem hohe Tempera türen erfordert eine aufwendigere Apparatur; zuden haben derartig hohe Temperaturen den Nachteil daß die Gefahr einer Beschädigung des Halbleiter substrats wächst.

Darauf wird ein Teil der Isolierschicht 2 durcl Photoätzen ζ. B. in kreisförmiger Form entfern! so daß eine Öffnung 302 entsteht. Es ist auch mög

5 ^ « lieh die Isolierschicht! in solcher Weise aufzu- auch ein Stab aus anderem Material wie aus Metall bringen daß die Öffnung 302 bereits bei diesem oder mit einer anderen Form verwendet werden. Herstellungsschritt gebildet wird. Dadurch, daß man Es stellte sich heraus, daß eine angenähert lineare zunächst eine Isolierschicht gleichmäßiger Dicke auf proportionale Beziehung zwischen der durch de ^gesamten Fläche des Substrats bildet und dann 5 Nadel S auf die Sperrschicht übertragenen Kraft Hie nicht benötigten Teile durch Photoätzen entfernt, und dem durch die Halbleiteranordnung fließenden kanr jedoch das gewünschte Muster mit höherer Sperrstrom besteht, wenn die Spannung der Strom-Präzision hergestellt werden. Die Schicht aus SiO₂, quelle 6 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt SiO PbO usw kann durch Photoätzverfahren mit wird. Bei dem vorliegenden Wandler wird von diesem hohem Präzisiönsgrad bearbeitet werden. »° Phänomen Gebrauch gemacht.

Bei dem nächsten Schritt wird eine Z.nnoxid- In Fi g.3 wird ein Diagramm gezeigt weiches schicht 3 auf der ganzen Hauptfläche einschließlich die Druck-Sperrstrom-Kcnnlinie des Wandlers von der Isolierschicht 2 gebildet, wodurch eine Halb- F i g. 1 darstellt. Genauer gesagt handelt es sich um leiteranordnung entsteht. Dies wird dadurch erreicht, ein D-agramm, welches die Druck-Sperrstrom-Kenndaß zunächst das Halbleitersubstrat 1 auf ungefähr 15 linie des Wandlers darstellt, wenn eine Sperrspannung 500⁰C in einem Reaktionsrohr aus Quarz aufgeheizt von 1 Volt an die Elektroden 4 und 4' angelegt wird, wird und dann ein zinnhaltiger Dampf in das Reak- Wie aus der Kurve des Diagramms ersichtlich ist, tionsrohr eingeführt wird, so daß sich durch Pyrolyse weist dieser Wandler eine befriedigende Empnndlicheine Zinnoxidschicht 3 auf dem Substrat 1 nieder- keit und eine relativ gute Linearität auf. Obwohl es schlägt Für diesen Zweck kann Dimethyl-Zinndi- 20 ratsam ist, die druckausubende Nadel 5 in der Nahe chlorid ([CH 1 SnCl₂) verwendet werden. Diese Ver- des Zentrums der von dem Substrat 1 und der Zinnbindung erwies sich als die geeignetste. Es ist jedoch oxidschicht 3 gebildeten Sperrschicht anzuordnen, auch möglich eine wäßrige Lösung aus Zinntetra- kanr der Ort der Nadel 5 in weitem Ausmaß variiert chlorid (SnCl₄') oder eine Lösung desselben in einem werden. Eine gut stabilisierte Kennlinie kann angeorganischen Lösungsmittel zu verwenden. "5 sichts der großen Härte der Zinnoxidschicht 3 erhalten Als Trägergas kann eine oxidierende Atmosphäre werden, welche sicherstellt, daß sich die Schicht bei wi.e etwa I uft oder Sauerstoff verwendet werden. der Verwendung über lange Zeitspannen nicht de-Die Zinnoxidschicht 3 kann mit einer Dicke von formiert

ungefähr 7000 A aufgebracht werden, indem die Aus der obigen Beschreibung wird klar, daß der pvrolitische Reaktion 60 Sekunden lang durchgeführt 30 Wandler leicht herzustellen ist, hervorragend druckwird Zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Schicht 3 empfindlich ist und d?her für Anwendungen, wie wurde der Quelle des Reaktionsmaterials ungefähr etwa für Tonaufnehmevorrichtungen, gut geeignet ist. 0 5 Gewichtsprozent Antimonoxid (Sb₂O₃) züge- In F i g. 4 wird ein Querschnitt durch eine andere ».'. _t Ausführungsform eines Wandlers gezeigt, wobei an Es wurde gefunden, daß ein N-leitender Silizium- 35 Stelle der druckausübenden Nadel 5 eine druckaus-Halbleiter ein geeignetes Material für das Substrat übende Kugel 5' verwendet wird. Wie aus F i g. 1 der Halbleiteranordnung darstellt. Jedoch konnte ersichtlich ist, kann bei Verwendung der druckauseine H-'Msiteranordnung mit gleichen Gleichrichter- übenden Nadel 5 der Druck, dem die Sperrschicht eig ..lcnaften auch durch Verwendung eines P-lei- unterworfen wird, je nach der Richtung des auf die tenden Silizium-Halbleiters verwirklicht werden. Bei 40 Nadel 5 einwirkenden Kraftvektors variieren. Bei der Verwendung von P-Material wurde jedoch gefunden, Ausführungsform von F i g. 4 jedoch kann die daß es günstig war, die Aufbringung des SnO₂ bei druckausübende Kugel 5' rollen, und daher kann einer etwas höheren Temperatur durchzuführen oder der Druck senkrecht zu der Oberfläche des Zinnoxids eine Halbleiteranordnung, bei der die SnO₂-Ab- ausgeübt werden, und zwar an der Stelle, wo die scheidung bei der obenerwähnten Reaktionstempe- 45 Kugel in Berührung mit der Zinnoxidfläcne gelangt, ratur durchgeführt wurde, einer geeigneten Wärme- auch wenn die Richtung der auf die druckausübende behandlung zu unterwerfen. Es wurde ferner gefunden, Kugel 5' ausgeübten mechanischen Kraft nicht vertidaß Halbleiteranordnungen mit ähnlichen Gleich- kai zu der Zinnoxidoberfläche verläuft, richtereigenschaften auch mit Ge oder mit GaAs Die in F i g. 3 gezeigte Kennlinie bezog sich aul al» Substratmaterial hergestellt werden konnten. 50 eine Ausführungsform, bei der die Oberfläche de« Die Elektroden 4 und 4' werden dann auf den Substrats der Halbleiteranordnung des Wandler; beiden Hauptflächen des Substrats gemäß F i g. 1 von F i g. 1 eine Hochglanzpolitur aufwies. Es stellt« angebracht. Diese Elektroden 4 und 4' werden da- sich jedoch heraus, daß es vorteilhaft ist, die Sub durch gebildet, daß Nickel durch Aufdampfen in stratoberfläche des Wandlers rauh oder uneben aus Vakuum mit einer Dicke von etwa 8000 A abge- 55 zubilden. Nachstehend wird eine ins Einzelne gehend« schieden wird. Beschreibung eines solchen Ausführungsbeispiels ge

Eine Energiequelle6 ist über ein Amperemeter? geben.

zwischen die Elektroden 4 und 4' geschaltet, so daß In F i g. 5 wird eine vergrößerte schematised

der Sperrschicht der Halbleiteranordnung eine Sperr- Schnittansicht des Berührungsgebietes der druck

spannung zugeführt wird. Eine druckausübende 60 ausübenden Nadel bei einer Ausführungsform gezeigt

Nadel 5 ist so vorgesehen, daß die Spitze derselben bei der die Substratoberfläche des F i g. 1 entsprechen

in Berührung mit der Fläche der Zinnoxidschicht 3 den Wandlers rauh oder uneben gelassen wurde

steht Die druckausübende Nadel 5 steht in bekannter Eine Hauptfläche des Halbleitersubstrat* 1 ist volle

Weise mit der Quelle einer zu messenden mechanischen Unebenheiten, und die Zinnoxidschicht 3 wird au

Kraft oder eines zu messenden mechanischen Druckes 65 dieser unebenen Fläche abgeschieden. Wenn dahe

in Wirkungsverbindung. Als druckausübende Nadel 5 ein geeigneter druckausübender Teil, wie etwa di

wurde z. B. ein Glasstab verwendet, dessen Radius druckausübende Nadel 5 mit einem Krümmung:

an der Spitze etwa ΙΟΟμ betrug. Stattdessen kann radius an ihrer Spitze νοα ΙΟΟμ, ^af die Zinnoxid

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schicht 3 drückt, kommt die druckausübende Nadel 5 senkrecht zur Grenzschicht, was die Beeinflussung teilweise in Kontakt mit vorstehenden Teilen der der Grenzschichteigenschaften anbelangt. Ein Grund ZinnoxidEchicht 3. Wenn auf die druckausübende hierfür mag in der Tatsache liegen, daß der Scherungs-N.idel 5 eine mechanische Belastung ausgeübt wird, modul geringer ist als der Elastizitätsmodul. Die kann sich eine mechanische Spannung in einem Teil 5 Beziehung zwischen dem Scherungsmodul N und dem der Zinnoxidschicht 3 und des Halbleitersubstrats 1 Elastizitätsmodul E läßt sich folgendermaßen ausausbilden, und diese Spannung beeinflußt die oben- drücken:

erwähnte Sperrschicht, was sich durch eine Änderung „ _ _ E

des Sperrstromes durch die Sperrschicht bemerkbar Υ(ΐ~+~Κ)
macht und mit einem geeigneten Meßgerät, wie etwa io

dem Amperemeter?, welches mit der die Sperr- Dabei ist K die Poissonsche Zahl, die normalspannung liefernden Spannungsqucllc 6 in Serie ge- weise bei etwa 0,3 für Metalle und metallähnliche schaltet ist, gemessen werden, wie in F i g. 1 gezeigt Stoffe liegt. Daher beträgt der Scherungsmodul nur wird. etwa das 0,4fache des Elastizitätsmoduls. Das bedeu-

Es stellte sich heraus, daß die Ausführungsform 15 tet, daß bei einer bestimmten Belastung die Deforvon F i g. 5, bei der die obenerwähnte Bauweise mation durch Scherung größer ist als die durch verwendet wurde, sich durch eine deutlich verbesserte Kompression. Ein anderer Grund liegt in der Tat-Druckempfindlichkeit auszeichnete. sache, daß die Halbleiteranordnung eine Grenzschicht

F i g. 6 ist ein Diagramm, welches die Änderung enthält, welche sich zwischen zwei verschiedenen des Sperrstromes in Abhängigkeit von der Belastung so Arten von Materialien, nämlich zwischen einem bei der Ausführungsform von F i g. 5 zeigt. Bei Halbleiter und Zinnoxid befindet. Die Zinnoxiddieser Figur ist Kurve A eine Kennlinie der Aus- schicht 3 wird durch Pyrolyse auf dem Halbleiterführungsform, bei dem das Substrat eine Hochglanz- substrat 1 aufgebracht. Daher ist die mechanische politur aufwies, wie das bei der in F: g. 1 gezeigten Haftfähigkeit der Schicht an dem Substrat nicht so Anordnung der Fall war, während Kurve 3 eine 25 stark wie in dem Fall einer Grenzschicht, die sich Xennlinie der Ausführungsform von F i g. 5 ist. zwischen Materialien derselben Art befindet. Darüber

Bei der Anordnung mit auf Hochglanz poliertem hinaus sind das Halbleitersubstrat 1 und die Zinn-Substrat wurde die Zinnoxidschicht auf die hoch- oxidschicht 3 genügend hart und weisen eiiicii aasglanzpolierte Hauptfläche des Halbleitersubstrats auf- reichend geringen Scherungsmodul auf. Wenn daher gebracht, wie das üblicherweise bei einem üblichen 30 die Kraftkomponente/1 auf die Zinnoxidschicht 3 Halbleiterelement, wie etwa bei einem Diffusions- in der Richtung eines schräg verlaufenden Obertransistor, erfolgt. Es ist jedoch zum Schaffen von flächenteils wirkt, findet eine Scherung zwischen der Unebenheiten auf der Halbleiteroberfläche bei der Zinnoxidschicht 3 und dem Halbleitersubstrat 1 statt, Ausführungsforni von F i g. 5 nicht etwa ein korn- ohne daß gleichzeitig eine Deformation der Zinnplizierter Herstellungsschritt erforderlich. 35 oxidschicht 3 und des Halbleitersubstrats 1 erfolgt.

Während die Halbleitersubstrate, wie sie normaler- wodurch eine Beeinflussung der Gleichrichtereigenweise für ein Halbleiterelement vom Diffusionstyp schaft stattfindet. Wie noch beschrieben werden wird, verwendet werden, nach dem Läppen auf Hochglanz ist die Neigung der schrägen Oberflächenteile der poliert werden, kann das Halbleitersubstrat für die Unebenheiten der Substratoberfläche so gering, daß Ausführungsform von F i g. 5 ohne ein solches Po- 40 die Kraftkomponente /1, die in der Richtung der lieren auf Hochglanz vorbereitet werden. Nur wenn schrägen Oberflächenteile der Zinnoxidschicht 3 wirkt, unbedingt nötig, kann das Polieren auf Hochglanz vermutlich ziemlich klein ist. Trotzdem wird eine du'chgeführt werden, und dann kann das Substrat beträchtliche Verbesserung der Druckempfindlichkeit einem chemischen Ätzvorgang unterworfen werden. mit einer derartig kleinen Kraftkomponente /1 Die so präparierte Oberfläche des Halbleitersubstrats 45 erreicht. Diese Tatsache unterstreicht den durch die hat viele kleine konkave und konvexe Unebenheiten Erfindung erzielten Fortschritt. Es wird also deutlich, in einer Tiefe bzw. Höhe von ungefähr 1 Mikron daß der an le'zter Stelle genannte Grund der bedeut- und mit einem Abstand voneinander von einigen samere ist. Allgemein gesprochen ist es schwierig, Mikron. Als druckausübende "■■·'.·! 5 wurde eine scharfe Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des chromplattierte Nadel verwendet, und die oben- 5° Halbleitersubstrats zu erzielen. Verwendet man z. B. erwähnte Kennlinie wurde mit einer Sperrspannung ein übliches Verfahren der selektiven chemischen von 5 Volt erhalten. Ätzung zur Erzeugung von Vertiefungen auf dem

Ein so beträchtlicher Unterschied hinsichtlich der Substrat, so beträgt der größtmögliche Winkel einei

Druckempfindlichkeit, wie er in F i g. 6 veranschau- schrägen Wand einer Vertiefung zu der Hauptfläche licht wird, beruht auf der verschiedenen Beschaffen- 55 des Substrats nur 30 bis 45°. Selbst wenn durcli

heit der jeweiligen Substratoberfläche, auf der die andere Mittel schärfere Unregelmäßigkeiten erzeugl

Zinnoxidschicht abgeschieden wurde. Es kann dafür werden könnten, ist es schwierig, die Zinnoxidschichi

folgende Erklärung gegeben werden. durch Pyrolyse auf derartig steilen Begrenzungs·

Es ist anzunehmen, daß die ausgeübte Kraft in wänden von Vertiefungen aufzubringen,
dem Sperrschichtbereich der Halbleiteranordnung 60 wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird

eine Scherung hervorruft und daß diese Scherkraft wird bei dem Wandler von F i g. 5 in vorteilhaftei

die gleichrichtende Sperrschicht beeinflußt. In F i g. 5 Weise von der Grenzschicht zwischen dem Halb

bewirkt die auf die Nadel S ausgeübte Kraft F, daß leitersubstrat und der Zinnoxidschicht in der Weis<

eine Kraftkomponente/1 in der Richtung eines Gebrauch gemacht, daß diese Grenzschicht einei schrägliegenden Teils der Zinnoxidschicht 3 wirkt, 65 Scherspannung unterworfen wird, indem eine Struktui

was eine Scherspannung in diesem schrägliegenden verwendet wird, die so beschaffen ist, daß eine Korn

Teil der Grenzschicht hervorruft. Diese Scherspan- ponente der ausgeübten Kraft in der Erstreckungs

nung ist wichtiger als die kompressiv wirkende Kraft richtung der Zinnoxidschicht wirken kann. Ein der

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ίο

artiger Wandler ist einfach im Aufbau und leicht fohlen werden. Diese Schicht muß dick genug sein, herzustellen. mn die Abschirmung von Licht zu bewirken, soll F i g. 7 is' eine vergrößerte perspektivische Ansicht aber andererseits so dünn wie möglich sein; die eines Teils einer anderen Ausführungsform, die der Dicke liegt vorzugsweise bei etwa 0,1 μ. Statt dessen der Ausfuhrungsform von F i g. 5 ähnlich ist. In 5 kann auch ein Metalloxid wie etwa Aluminiumoxid F i g. 7 sind Rillen 50 nach Art eines Gitters auf verwendet werden. Die erwähnte dünne Schutzschicht der Hauptfläche eines Halbleitersubstrats 51 vor- 21, die als Abschirmung gegen einfallendes Licht gesehen, und auf der am höchsten liegenden Substrat- dient, dient außerdem zum Schutz gegen eine Beoberfläche außerhalb der Rillen 50 ist eine Isolier- Schädigung der Zinnoxidschicht sowie der Sperrschicht 52 vorgesehen. Eine Zinnoxidschicht 53 ist io schicht, die durch die druckausübende Nadel hervordann auf die gesamte Hauntfläche des Substrats gerufen werden könnte.

einschließlich der Rillen 50 und der Isolierschicht 52 Wenn die dünne Schicht 21 lediglich als Schutzaufgebracht worden. Die Rillen 50 können, wie oben schicht dienen soll, kann sie ebensogut aus Siliziumbereits erwähnt wurde, leicht durch chemisches dioxid oder Siliziumnitrit bestehen. F i g. 9 zeigt Ätzen gebildet werden. Die Isolierschicht 52 kann 15 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, z. B. eine aus Siliziumnitrit bestehende Schicht sein. bei dem die Schutzschicht aus Siliziumdioxid besteht. Wenn eine Siliziumnitrit-Schicht verwendet wird, Der in F i g. 9 gezeigte Wandler wird so hergestellt, kann sie als Maskierung zur selektiven Bildung der daß zunächst die Zinnoxidschicht 3 in einem defi-Rillen 50 durch Ätzen dienen. In dem gezeigten nierten Bereich aufgebracht wird und dann die SiIi-Ausführungsbeispiel ist die Isolierschicht 52 so da- 20 ziumdioxidschicht 2 auf die Zinnoxidschicht 3 und zwischen geschichtet, daß sie an den Stellen, an um diese herum aufgebracht wird, so daß die Zinndenen keine Scherungsspannung, sondern eine korn- oxidschicht 3 durch die Schutzschicht dort geschützt primierende Spannung ausgeübt wird, die Bildung wird, wo sie mit der Druck ausübenden Nadel in einer gleichrichtenden Sperrschicht verhindert. Dem- Berührung kommt, und gleichzeitig der frei liegende zufolge wird der Anteil des Scherungsgebietes relativ 25 Teil der Sperrschicht entlang des Randes der Zinnzu dem gesamten Sperrschichtgebiet vergrößert, was oxidschicht bedeckt und geschützt wird,
eine weitere Verbesserung der Druckempfindlichkeits- In Fig. 10 wird eine Draufsicht auf eine weitere kennlinie mit sieb bringt Ausführungsform gezeigt, die aus zwei Wandlern 61 Wendet man sich nun wieder F i g. 1 zu, so sieht und 62 besteht, die getrennt voneinander auf einem man, daß dort die Elektrode 4 nur oberhalb des 30 gemeinsamen Substrat 1 angeordnet sind, wobei zwei Randteiles der Zinnoxidschicht 3 sich befindet. Es Widerstände 63 bzw. 64 mit den zwei Wandlern ist daher offensichtlich, daß die Sperrschicht der verbunden sind. Die Darstellung des Druck aus-Halbleitervorrichtung des Wandlers von F i g. 1 ein- übenden Mittels ist der Übersichtlichkeit halber wegfallendem Licht ausgesetzt ist. Durch die Ausbildung gelassen worden. Eine Isolierschicht 2 aus einem des Wandlers von F i g. 1 in der Weise, daß durch 35 Material wie etwa Siliziumdioxid wird auf ein gemeindie Zinnoxidschicht hindurch Licht auf die Grenz- öames Substrat 1 aufgebracht, i'nd in dem Bereich schicht fallen kan.:, wird ein Halbleiterwandler ge- der Wandler wird die Isolierschicht 2 mit 7wei Offschaffen, der sowohl Lichtenergie als auch mecha- nungen versehen, durch welche das Substrat 1 frei nische Kraft in elektrische Energie umwandelt. Ein liegt. Diese Öffnungen sind in F i g. 10 in gestrichelter solcher Wandler kann neuartige Anwendungi-MÖg- 40 Linien angedeutet. Über diesen Öffnungen wird lichkeiten eröffnen. Zinnoxid aufgebracht, um die beiden Wandler 61 Bei einigen Anwendungen kann jedoch ein Wandler und 62 zu schaffen. Die Zinnoxidschicht erstreck! erforderlich sein, der nicht auf einfallendes Licht, sich, wie in Fig. 10 zu sehen ist, auf die Isoliersondern nur auf die mechanische Kraft anspricht. schicht 2 in einem dünnen mäanderformigen Streifen, In solchen Fällen ist es daher nötig, zu verhindern, 45 was einen Widerstand vorbestimmten Wertes ergibt daß von außen einfallendes Licht, welches in der Anschlüsse oder Elektroden 65, 66 und 67 sind, v,u Intensität variieren kann, einen Einfluß auf die Druck- in der Figur gezeigt, vorgesehen. Eine weitere Elek· empfindlichkeit des Wandlers ausübt. trode (nicht gezeigt) ist an dem Substrat 1 vor F i g. 8 ist ein Querschnitt durch ein weiteres gesehen. Wie leicht einzusehen ist, stellen die Wandlei Ausführungsbeispiel eines Wandlers, welches diesem so 61 und 62 und die Widerstände 63 und 64 eine so Zweck dient. Gemäß F i g. 8 ist eine lichtundurch- genannte Brückenscha'.tung dar, und daher könner lässige Schutzschicht 21, z. B. aus Nickel auf die kleine Differenzen zwischen den auf die Wandler 61 Zinnoxidschicht 3 aufgebracht und befindet sich in und 62 ausgeübten mechanischen Kräften mit große Kontakt mit der Elektrode 4 Da das auf die Sperr- Empfindlichkeit gemessen werden. Wenn z. B. eii schicht gerichtete einfallende Licht durch die Schutz- 55 Wägebalken in solcher Weise angeordnet wird, dal schicht 21 abgeschirmt wird, ist es nicht notwendig, er auf die Wandler 61 und 62 Druck ausübt, kam die gesamte gezeigte Anordnung in einem Gehäuse die Ausbalanciening desselben mit hoher Empfind aus lichtundurchlässigem Material einzuschließen. lichkeit beobachtet werden.

Die Nickelschutzschicht 21 dient auch als ElektH/Je. Eine weitere interessante Anwendung ν ird nach

Nickel weist jedoch eine geringe Härte auf und 60 stehend im Zusammenhang mit F i g. 10 beschrieben

erfährt daher, wenn durch das druckausübende Teil Die Elektroden 65 und 66 werden in Serie mit eine

eine Belastung erfolgt, eine plastische Deformation, geeigneten Wechselspannungsquelle verbunden, um

was ein instabiles Ansprechen auf mechanischen es werden zwei Einrichtungen zur Ausübung je eine

Druck zur Folge hat. Es ist daher ratsam, ein Ma- mechanischen Kraft auf den Wa.idler 61 bzw. 6

terial großer Härte zur Lichtabschirmung zu ver- 65 vorgesehen, wobei beide Hnrichtungen von eine wenden. Als ein diesen Anforderungen genügendes einzigen gemeinsamen mechanischen Kraft betätig

Material für die dünne Schutzschicht 21 können werden, die in gleicher Weise auf beide Wandle

daher Molybdän, Wolfram, Platin und Chrom emp- einwirkt. Beide Wandler, die auf Grund ihrer Gleich

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richtereipenschaften auch als Dioden angesprochen während der Herstellung des Transistors nach bewerden können, sind in Serie geschaltet, jedoch in kannten Herstellungsverfahren für Planartransistoren einander entgegengesetzter Polung. In einem Halb- erfolgt. Die Elektrode 87 für de:i Emitter 84 und die zyklus des Wechselstromes verursacht der auf die Elektrode 86 für die Basis 83 werden nach bekannten Wandler ausgeübte Druck eine Änderung des durch 5 Verfahren angebracht. Bei der Herstellung des geden einen Wandler fließenden Sperrstromes, während zeigten Wandlers wird zunächst der Transistor in ein Durchlaßstiom durch den anderen Wandler fließt, der oben beschriebenen Weise hergestellt, und dann und umgekehrt. Der resultierende Wechselstrom, wird der mechanisch-elektrische Wandler hergestellt; der durch beide Wandler fließt, ist der auf beide der Grund hierfür liegt darin, daß der Wandler bei Wandler ausgeübten Kraft proportional. An Stelle i° relativ niedrigen Temperaturen hergestellt werden der vorstehend verwendeten Wechselspannungsquslle kann, während die Herstellung des Transistors hohe wäre es auch möglich, eine Gleichspannungsquelle Temperaturen erfordert, z. B. für die selektiven zu verwenden, deren Polarität entweder in beliebiger Diffusionen. Der mechanisch-elektrische Wandler Weise oder regelmäßig umgeschaltet wird. wird auf der rechten Hälfte des Substrats gebildet, In F i g. 11 wird ein Querschnitt durch eine weitere 15 wobei dieser Wandler das Substrat 82, die Zinnoxid-Ausführungsform eines Wandlers gezeigt, der aus schicht 85 und die Druck ausübende Einrichtung 88 einer "Combination eines auf Druck ansprechenden enthält.

Wandlers und eines Transistors besteht. Gemäß Wie eingehender in Verbindung mit der Ausfüh-

F i g. 11 ist ein Substrat vorgesehen, welches aus rungsform von F i g. 1 beschrieben wurde, ist der

einer N⁺-Schicht 81 und einer darauf gebildeten 20 erfindungsgemäße Wandler den bekannten Wandlern

N-Schicht 82 besteht, wobei dieses Substrat mit einem hinsichtlich des Ansprechens auf mechanischen Druck

in der linken Hälfte desselben gebildeten Transistor überlegen und kann für sich allein bei vielen An-

versehen ist. Dieser Transistor enthält die N-Schicht Wendungen zu befriedigenden Ergebnissen führen.

82 als Kollektor, eine P-Schicht 83 als Basis und eine Bei einigen Anwendungen, in denen eine noch höhere

N-Schicht 84 als Emitlτ. In der Figur wird auch «5 Druckempfindlichkeit gefordert wird, kann die in

eine Siliziumdioxidschicht 89 gezeigt, deren Bildung F i g. 11 gezeigte Ausführungsform vorteilhafter sein.

Hierzu Z Blatt zeichnungen

Claims

so auf die Hauptfläche des Substrats aufgebracht Patentansprüche: ist, daß die Gleichrichtereigenschaften aufweisende Sperrschicht an mindestens einem schräg ver-

1. Mechanisch-elektrischer Wandler mit einer laufenden Teil des Vorsprungs sich ausbildet Sperrschicht mit gleichrichtenden Eigenschaften S (Fig. 11).

zwischen einem Halbleitersubstrat und einer auf 15. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

seiner Hauptfläche aufgebrachten Schicht und dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives HaIb-

mit einer Einrichtung zur Ausübung einer mecha- leiterbauelement (83, 84, 86, 87) in dem Substrat

nischen Kraft auf die Sperrschicht, dadurch (81,82) ausgebildet ist und mit dem Wandler

gekennzeichnet, daß die auf die Haupt- io (82,85) elektrisch zusammenwirkt (Fig. 11 .

fläche des Halbleitersubstrats (1) aufgebrachte 16. Anordnung von Wandlern nach einem der

Schicht (3) aus Zinnoxid besteht. Ansprüche 1 bis 14 in einem gemeinsamen HaIb-

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Ieitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß minzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) aus Si, destens zwei getrennte Zinnoxidschichten auf dem Ge oder GaAs besteht. 15 gemeinsamen Halbleitersubstrat (1) abgeschieden

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sind, so daß mindestens zwri Wandler (61,62) zeichnet. Haß das Halbleitersubstrat (1) aus mit getrennten Sperrschichten gebildet sind, und Silicium besteht. daß die beiden getrennten Wandler (61,62) mit

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- je einem Widerstand (63, 64), die jeweils aus je zeichnet, daß das Silicium N-leitend ist. 20 einer Zinnoxidschicht bestehen, die sich auf einer

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, auf dem Substrat (1) aufgebrachten Isolierschicht dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (4, 4', 6, 7) (2) erstrecken, derart verbunden sind, daß die zum Anlegen einer Sperrspannung an die Sperr- getrennten Sperrschichten unH die beiden Widerschicht vorgesehen sind. stände (63,64) eine Brückenschaitung bilden

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 25 (F i g. 10).

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur

Ausübung einer mechanischen Kraft die Form
eines Stabes J5) aufweist, dessen Ende in Kontakt