AT240445B - Anordnung zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische - Google Patents

Description

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  Anordnung zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische 
 EMI1.1 
 

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 den   Wellenzahlwertenk= 0 liègt.   Diese Halbleiter weisen nur eine geringe Abhängigkeit des Widerstandes von mechanischen Spannungen auf. 



   Bei mehreren Halbleitern, zu denen beispielsweise Germanium und Silizium gehören, zeigte sich jedoch eine weit grössere Abhängigkeit der Leitfähigkeit von mechanischen Spannungen als es nach dem einfachen Bändermodell zu erwarten ist. Genauere Untersuchungen haben ergeben, dass diese Effekte auf einer weit komplizierteren Struktur, im allgemeinen einer anisotropen,   z. B.   der sogenannten manyvally-Bandstruktur des Leitungsbandes beruhen, u. zw. liegt bei diesen Halbleitern nicht eine einfache quadratische Abhängigkeit der Energie der Ladungsträger von der Wellenzahl vor. Zudem liegen die Minima der Energie der Ladungsträger bei Wellenzahlwerten, bei denen k nicht gleich Null ist. 



   Bei Überschussleitung aufweisendem Silizium ergeben sich vier Energieminima in den Kristallrichtungen 100 und bei Überschussleitung aufweisendem Germanium sechs Minima in den Kristallrichtungen 111. Bei mechanischen Spannungen ändern sich daher die Besetzungsdichten der verschiedenen Energieminima sehr stark, so dass eine entsprechende starke Anisotropie und Druckabhängigkeit der Leitfähigkeit auftaucht. Diese oben dargelegten Eigenschaften werden gemäss der Erfindung zur Konstruktion einer Anordnung zur Umwandlung speziell von Schall und Ultraschall in elektrische Schwingungen ausgenutzt. 



   Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Querschnitt F, die Gleichstrombelastung J und die Dotierung bzw. der spezifische Widerstand derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einer gegebenen äusseren Kraft K eine optimale Spannungsänderung AU auftritt. Da im allgemeinen der Widerstand des Elements durch äussere Parameter, wie z. B. der Anpassung an eine nachfolgende Verstärkerstufe, festgelegt wird, ist der elektrische Widerstand R des Elements vorgegeben, somit können Querschnitt und Dotierung nicht unabhängig voneinander gewählt werden, die Forderung einer möglichst hohen Spannungsabgabe bei gegebener Kraft fordert dabei einerseits   möglichst   geringen Querschnitt, während anderseits die durch Gleichstrombelastung auftretende Joulsche Wärme abgeführt werden muss und daher die Querschnittsverminderung begrenzt. 



   Die Wahl der geeigneten Grösse ergibt sich aus nachfolgenden Gleichungen : 
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 Hiebei bedeuten : AU die abgegebene Spannungsänderung, J die Gleichstrombelastung, F der Querschnitt der Verjüngung, G der piezoresistive Gütefaktor, E der Elastizitätsmodul, R der Widerstand, K die äussere Kraft, 1 die Länge der Verjüngung, o der spezifische Widerstand, Jgrenz der durch Joulsche Wärme bedingte maximale Gleichstrom, 
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Eine erhebliche Verbesserung der Abfuhr der Joulschen Wärme wird durch eine weitere Ausgestaltun :

   der Erfindung noch dadurch erreicht, dass die Verjüngungsstelle der Länge 1 sehr kurz gestaltet ist.   DL   Begrenzung in der Kürze der Verjüngungsstelle ist eigentlich nur durch die technologischen   Möglichkeite]   bei der Präparation gegeben, wobei in der Praxis die Länge der Verjüngungsstelle im allgemeinen nich kleiner gemacht werden kann, als der Durchmesser des Ausgangsstäbchens ist. 



   Zur Vermeidung eines Ausknickens unter Druck sieht eine besondere Ausführungsform der Erfindun vor, dass der Halbleiterkörper an der verjüngten Stelle an allen Seiten gleichmässig abgesetzt ist. 

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