DE1165291B - Nach dem Halleffekt arbeitender elektromechanischer Wandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4SiZTZW PATENTAMT Internat. KL: G Ol d

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 42 d-1/12

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C 15811 IXb/42 d
19. November 1957
12. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Halleffekt arbeitenden elektromechanischen Wandler, dessen Halbleiterelement relativ zu einem Magnetfeld derart beweglich ist, daß ein der Bewegung entsprechendes Ausgangssignal entsteht. Dieser Wandler enthält einen Film aus Halbleitermaterial, auf dem zwei die Anschlußklemmen tragende Bereiche aus leitendem Material im Abstand voneinander mit annähernd parallel verlaufenden Kanten angeordnet sind.

Solche elektromechanischen Wandler finden beispielsweise bei Tonabnehmern und Mikrophonen Verwendung.

Das Kennzeichen der Erfindung wird gesehen in einem mit einer Halbleiterschicht überbrückten Spalt mit einer im Verhältnis zur Spaltlänge geringen Spaltbreite.

Bei einem bekannten elektromechanischen Wandler weist der mit einer Halbleiterschicht überbrückte Spalt eine im Verhältnis zur Spaltlänge sehr große Spaltbreite auf. Beim Erfindungsgegenstand ist das Feld über die Spaltlänge konstant, während bei der bekannten Konstruktion über die ganze Fläche integriert wird.

Zum besseren Verständnis soll die Erfindung im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wandler und

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Wandlers nach Fig. 1.

In den Zeichnungen ist ein mit Indiumantimonid arbeitender Wandler dargestellt. Ein Film 1 dieses Materials ist auf einer dünnen Glasplatte 2 befestigt, die als Träger dient. Über dem Film sitzt eine stärker als das Indiumantimonid leitende Schicht 3, beispielsweise Silber, die nach Fig. 2 einen schmalen, sich über die ganze Schichtbreite erstreckenden Spalt 4 auf der Antimonidschicht freiläßt. Die Bereiche 5, 6 der Silberschicht beiderseits dieses Spaltes bilden die Elektroden. Ein stark leitfähiges Material 7, beispielsweise Silberbronze, wird auf die Silberelektroden aufgebracht und dient zum Anschluß der Klemmen od. dgl.

Verwendet man ein solches Wandlerelement beispielsweise in einem Mikrophon oder einem Tonabnehmer, dann wird der Glasträger 2 mit einer geeigneten Membrane bzw. einer Abtastnadel derart verbunden, daß er in seiner Ebene bewegt wird.

Ein Magnetsystem, vorzugsweise ein Permanent-Magnet, bestehend aus den Polen 8 und 9, dient zur Erzeugung eines senkrecht zur Ebene der Indiumanti-Nach dem Haneffekt arbeitender
elektromechanischer Wandler

Anmelder:

Cosmocord Limited, Waltham Cross,

Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier,

Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:
Alberto Loro, Montreal (Kanada),
George Victor Planer, Sunbury-on-Thames,
Middlesex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. Dezember 1956
(Nr. 37 008)

monid-Schicht stehenden Magnetfeldes. Durch die Schicht wird elektrischer Strom geschickt. Wird die Schicht durch eine Bewegung der Membrane bzw. der Abtastnadel in Bewegung versetzt und werden dabei magnetische Feldlinien geschnitten, so ändert sich der Widerstand der Schicht, und der Strom wird infolgedessen in Übereinstimmung mit den Auslenkungen der Membrane bzw. der Abtastnadel moduliert. Bei der Herstellung eines Wandlers der oben beschriebenen Art tritt eine Reihe von Schwierigkeiten auf. In erster Linie muß ein extrem dünner Film aus dem wirksamen Material hergestellt werden, damit er einen möglichst hohen elektrischen Widerstand besitzt. Dagegen ist im Falle von Indiumantimonid, welches wegen seiner hochwirksamen Eigenschaften in dieser Hinsicht besonders zu bevorzugen ist, die Leitfähigkeit des Materials sehr hoch. In der Praxis ist es jedoch unzweckmäßig, einen Wandler mit einem sehr geringen Widerstand zu wählen, da für seinen Betrieb niedrige Spannungen und hohe Stromstärken erforderlich sind.

Zur Herstellung der dünnen Indiumantimonidschicht wird beispielsweise durch ein Schlitzmesser von einem Block ein Streifen abgeschnitten. Der Streifen soll anfänglich bereits so dünn wie praktisch möglieh sein. Dieser Streifen wird auf einem Werkstückhalter befestigt und die eine Fläche dann so lange bearbeitet, bis sie plan ist. Der Streifen wird dann um-

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gedreht und die bearbeitete Fläche auf der den Träger bildenden Glasplatte befestigt. Nunmehr wird die andere Fläche des Materials in der gleichen Weise bearbeitet. Durch dieses Verfahren ist es möglich, eine Schicht zu erzeugen, die eine Dicke in der Größenordnung von nur wenigen μ aufweist.

Selbstverständlich lassen sich auch andere Verfahren zur Herstellung sehr dünner Schichten anwenden, beispielsweise das Niederschlagen im Vakuum, das Aufstreichen, die Verdampfung aus einem Lösungsmittel od. dgl. So kann man beispielsweise im Glasträger eine Ausnehmung sehr geringer Tiefe ausätzen. In diese Ausnehmung wird dann das Antimonid unter Verwendung einer Abdeckplatte unter Druck eingegossen und anschließend die wieder freigelegte Oberfläche bearbeitet.

Außerdem soll zur Erzielung eines maximalen Halleffekts die Indiumantimonidschicht relativ kurz in Richtung des Stromflusses und vergleichsweise groß senkrecht zum Stromfluß und zum Magnetfeld sein. Ferner kann es wünschenswert sein, die Abmessungen in Richtung des Stromflusses klein zu machen, insbesondere, wenn das Element kleinen Verschiebungen bezüglich des Magnetfeldes unterworfen werden soll. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß man die Silber- oder ähnliche Deckschicht mit einem dünnen Spalt versieht, zu dessen Herstellung verschiedene Verfahren möglich sind. Das zur Zeit bequemste Verfahren besteht darin, das Silber durch Niederschlagen unter Vakuum aufzubringen und dabei einen feinen Draht als Maske zu verwenden, um den Niederschlag dort zu verhindern, wo der Spalt entstehen soll. Dieses Verfahren ist einfach und wirksam und gibt genau definiert Spalte genau bestimmbarer Breite.

Man kann gute Resultate auch dadurch erzielen, daß man zuerst die ganze Oberfläche der Schicht mit Silber überzieht, einen fotoempfindlichen Ätzgrund auf die Silberschicht niederschlägt, den Ätzgrund zu einem geeigneten Bild entwickelt und dann mit Hilfe eines Ätzmittels für Silber, jedoch nicht für das Antimonid das Silber an den für den Spalt vorgesehenen Stellen entfernt.

Nach einem anderen Verfahren zur Herstellung eines engen Spaltes stellt man zuerst eine Antimonidschicht her und bringt dann eine dünne Linie aus bituminöser Farbe dort auf die Schicht auf, wo der Spalt entstehen soll. Die Oberfläche wird dann durch Elektroplattieren mit Kupfer überzogen. Die Farbe verhindert den Niederschlag des Kupfers auf dem darunterliegenden Indiumantimonid, so daß nach dem Entfernen der Farbe ein unplattierter Spalt verbleibt.

Es hat sich herausgestellt, daß mit diesem Verfahren genaue Spalte mit 0,3 mm Breite in Stromrichtung gemessen und von wenigen Millimeter Breite hergestellt werden können.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers wird der Widerstand durch Aufsplittern des Indiumantimonids im Spalt in eine Anzahl getrennter Teile erhöht, so daß mehrere Spalte geringerer Länge entstehen. Der Strom wird gezwungen, über die Länge der Spalte im Wechsel zu fließen. Man erhält diese Abänderung in äußerst einfacher Weise dadurch, daß man die Antimonidschicht durch eine Reihe von Schlitzen, wie bei 10,11 und 12 in F i g. 2 angedeutet, entfernt, wobei sich die Schlitze wechselseitig von entgegengesetzten Enden des Wandlerelementes parallel zur Stromrichtung im Spalt und jeweils quer zum Spalt erstrecken. Auf diese Weise werden die beiden Elektroden durch die Schlitze zu einer Strombahn aufgeschnitten, die jeweils durch eine Anzahl von aneinander anschließenden Spalten führt. Ein einzeln auf diese Weise hergestellter Schlitz führt zu einer wesentlichen Steigerung des Widerstandes, beispielsweise zu einer vierfachen Steigerung, da der Spaltwiderstand verdoppelt ist und die beiden Spalte in Reihe liegen.

ίο Ein Spalt der angegebenen Abmessungen bei der ebenfalls angegebenen Schichtdicke gibt einen Widerstand in der Größenordnung von 10 bis 100 Ohm bei einer Magnetfeldänderung von 0 bis 10 000 Gauß.

Diese Zahlen lassen sich durch Aufspalten des Spaltes, wie oben beschrieben, wesentlich vergrößern. Die Schlitze im Antimonid lassen sich mechanisch herstellen, beispielsweise durch eine Schlitzfeder, durch Schneid- oder Schleifwerkzeuge, welche die Antimonidschicht und die Silberschicht sowie die Silberbronzeschicht entfernen, oder man verwendet ein chemisches Verfahren ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren. Dabei wird jedoch ein Ätzmittel verwendet, das sowohl auf Antimonide als auch auf die Silberschicht anspricht. Bringt man die oben beschriebenen Plattierungsverfahren zur Anwendung, dann läßt sich das Plattieren an den Stellen verhindern, wo die Schlitze entstehen sollen, indem man in ähnlicher Weise Farbe aufbringt. Aus Gründen der Festigkeit wird vorzugsweise der Träger nicht angeschnitten. Selbstverständlich kann man statt einer einzigen Indiumantimonidschicht auch etwas kompliziertere Systeme mit einer Vielzahl von Schichten verwenden. Das Magnetsystem zur Herstellung des Magnetfeldes, in dem sich das Wandlerelement bewegt, kann aus einem einfachen, mit geeigneten Polstücken ausgerüsteten Permanentmagneten hoher Permeabilität bestehen, die einen Luftspalt freilassen. Da jedoch die Wirksamkeit des Wandlers auf die Änderung der Feldstärke, der das Halbleitermaterial unterworfen wird, abgestimmt ist, ist es wünschenswert, daß das Magnetsystem eine Feldstruktur liefert, welche eine möglichst große Änderung der Feldstärke bei bereits kleinen Bewegungen aufweist. Daher ist es in vielen Fällen vorteilhaft, eine Vielzahl von Polstücken an dem oder den Magneten zu verwenden und derart die Feldstruktur zu verändern. Das Feld, in dem sich das Material bewegt, soll so stark wie möglich sein, da bei zunehmender Stärke des Magnetfeldes der Widerstand des Materials höher wird.

Bei dem beschriebenen Wandler wird das den Strom führende Element im Magnetfeld bewegt. Dies ist jedoch nicht der einzig mögliche Weg. So ist es beispielsweise möglich, das das Magnetfeld erzeugende Glied in bezug auf das stromführende Element zu bewegen oder in anderer Weise die Feldstärke zu ändern. Die Feldstärke läßt sich durch Änderung eines elektromagnetischen Stromes ändern, jedoch ist eine solche Anordnung in ihrer Anwendungsmögiiehkeit beschränkt. Da der Halleffekt eine Funktion des Magnetfeldes ist, läßt sich der Wandler allgemein auch als Meßanzeiger oder Steuervorrichtung verwenden, die auf Feldänderungen anspricht. Der Wandler kann also auch für magnetische und ähnliche Versuche Verwendung finden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nach dem Halleffekt arbeitender elektromechanischer Wandler, dessen Halbleiterelement

relativ zu einem Magnetfeld derart beweglich ist, daß ein der Bewegung entsprechendes Ausgangssignal entsteht, mit einem Film aus Halbleitermaterial, auf dem zwei die Anschlußklemmen tragende Bereiche aus leitendem Material in Abstand voneinander mit annähernd parallel verlaufenden Kanten angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen mit einer Halbleiterschicht überbrückten Spalt mit einer im Verhältnis zur Spaltlänge geringen Spaltbreite.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich etwa senkrecht zum Spalt über wenigstens einen der Bereiche ein diesen Bereich in Teilbereiche unterteilender Schlitz erstreckt.

3. Wandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt durch Abdecken der Halbleiterschicht mit einer strichförmigen Maske vor dem Aufbringen des die leitenden Bereiche bildenden Materials hergestellt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
ίο Deutsche Patentschrift Nr. 590 678;

deutsche Patentanmeldung S 38725 Villa/21a² (bekanntgemacht am 6. 9.1956);
USA.-Patentschrift Nr. 2 562120.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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