DE2115929A1 - Wandler mit mindestens einem piezoelektrischen Halbleiter in Form eines Haarkristalls - Google Patents
Wandler mit mindestens einem piezoelektrischen Halbleiter in Form eines HaarkristallsInfo
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Description
"Wandler mit mindestens einem piezoelektrischen Halbleiter in Form
eines Haarkrlstails".
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wandler mit mindestens einem piezoelektrischen Halbleiter in Form eines Haarkristalls, dessen
Enden mit Elektroden versehen sind und wobei der Halbleiter mit einer Membran mechanisch verbunden ist.
Ein derartiger Wandler ist in Form eines Mikrophons aus der deutschen Patentschrift 1.261.176 bekannt« Dabei sind mehrere Haarkristalle
in Reihe sowie parallel auf einer Membran befestigt. Diese Haarkristalle
- in der Litteratur als "whiskers" bezeichnet, - weisen piezoresistive
Eigenschaften auf, d.h. unter dem Einfluss äusserer mechanischer KrSfte ändert sich der elektrische Widerstand des Haarkristalls.
Die Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass jeder Haarkristall mit mindestens einem nahezu in Querrichtung angeordneten pn-
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2'. 15929
-2- . PHN. 4839.
Übergang versehen ist, von denen »indestens einer als druckempfindliches
Element unmittelbar nit der Membran verbunden ist.
Die Widerstandsänderung infolge einer Druckänderung ist bei
eines pn-übergang wesentlich grosser als die Widerstandsänderung im
Material selbst, wie im obengenannten bekannten Mikrophon. Die Ausnutzung der Druckempfindlichkeit von pn-Ubergängen bei Halbleitern in
flacher Fore ist bereits lange bekannt, siehe beispielsweise die U,S.
Patentschrift 3«433·904· Dabei wird an diesen pn-Ubergang eine Nadel
angeordnet, die mit einer Membran verbunden ist· Eine derartige Konstruktion
ist jedoch in mechanischer Hinsicht schwach und für Massenfertigung durchaus ungeeignet. Ausserdem wird hier ein sehr geringer
Teil der Oberfläche des pn-Uberganges benutzt. Der unbenutzte Teil
schwächt weiter den Effekt, während ferner die Inhomogenität der mechanischen Druckspannung unter der Nadelspitze schnell zu Brucherscheinungen
führt.
Il
Il
ganges auf einfache Weise zu benutzen und diesen pn-Ubergang unmittelbar
auf eine derartige Weise mit der Membran zu verbinden, dass der ganze
μ- ' - ■
pn-Ubergang einer möglichst hohen homogenen mechanischen Spannung ausgesetzt
wird. Auf diese Weise wird der ganze pn-übergang so gut wie nur möglich benutzt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich ergeben hat, dass das Signal-Rauschverhältnis im erfindungsgemäasen Wandler wesentlich besser
ist als bei dem obengenannten bekannten Mikrophon.
Ein Aueführungsbeispiel dieser Verbindung ist, dass an der
Stelle der Verbindung des druckempfindlichen Elementes die Membran mit
einer sich naheau quer zum Haarkristall erstreckenden Rille versehen
1 098AS/1132 owe,NAL
-5- PHN. 4859.
ist, welch· die Membran in unabhängig voneinander schwingende Teile aufteilt.
Wird nur ein pn-übergang als druckempfindliches Element benutzt, so ist nur eine Rille in der Membran notwendig. Ist die Membran
kegelförmig und teilt die Rille diese Membran in zwei Hälften, so werden
diese separat schwingenden Teile entgegengesetzt scharnierend schwingen. Der quer zur Rille angeordnete Haarkristall - vorzugsweise unmittelbar
an der Membran anliegend - wird dann Zug- sowie Druckkräften ausgesetzt»
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und wird im folgenden naher beschrieben. Es zeigern
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer ausgestülpten
Membran,
Fig. 2 eine Darstellung einer Einzelheit des erfindungsgemässen
Wandlers.
Die in Fig. 1 dargestellte Membran 1 ist kegelförmig ausgestülpt mit einem flachen Rand 2 und einem ebenen Mittelteil 3· Die Membran
hat eine diametrale Rille 4. Diese Rille läuft von Rand zu Rand über den Mittelteil 3. Quer zur Rille 4 ist unmittelbar auf dem Mittelteil
3 ein Haarkristall 5 befestigt.
Dies ist zur Erläuterung in Fig. 2 näher dargestellt. Im Mittelteil 3 befindet sich die runde Rille 4, die nach aussen ausgestülpt
ist. Mit Klebstoff ist quer zur Rille 4 ein Haarkristall 5 auf dem Mittelteil 3 befestigt. Die Enden sind mit Elektroden 6, 7 mit zugehSrenden
elektrischen Anschlüssen θ bzw. 9 versehen. Der Haarkristall ist in Querrichtung mit einem einzigen pn-Ubergang 10 versehen, der über
der Rille 4 liegt. Durch die Rille 4 wird die Membran in zwei Teile, die unabhängig voneinander schwingen werden, aufgeteilt. Die beiden Teile
109845/113?
ORIGINAL !NS!»ECTED
-4- PHN. 4839.
werden in axialer Richtung, also in der Richtung senkrecht zum Mittelteil
auf gleiche Weise schwingen, aber durch die Rille entsteht eine Art
Scharnierwirkung, was beim Mittelteil 3 zu einer Zug- oder Druckbewegung führt. Die beiden Teile werden sich an der Stelle des Mittelteile 3 gemSss
den Pfeilen 12 und 13 bewegen.
ti
Es können selbstverständlich auch andere pn-Ubergänge im
Haarkristall auftreten, diese dienen jedoch nur als Verstärkungselemente und nicht als druckempfindliches Element.
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Claims (2)
1./ Wandler mit mindestens einem piezoelektrischen Halbleiter
in Form eines Haarkristalls, dessen Enden mit Elektroden versehen sind und wobei der Halbleiter mit einer Membran mechanisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Haarkristall mit mindestens einem
Il
nahezu in Querrichtung angeordneten pn- Übergang versehen ist, von denen
mindestens einer als druckempfindliches Element unmittelbar mit der Membran verbunden ist·
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stelle der Verbindung des druckempfindlichen Elementes die Membran mit
einer sich nahezu quer zum Haarkristall erstreckenden Rille versehen ist, welche die Membran in unabhängig voneinander schwingende Teile aufteilt»
3· Wandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haarkristall unmittelbar an der Membran anliegt·
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Legal Events
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