DE1272388B - Piezoelectric resonance element and its use in a delay line - Google Patents
Piezoelectric resonance element and its use in a delay lineInfo
- Publication number
- DE1272388B DE1272388B DEP1272A DE1272388A DE1272388B DE 1272388 B DE1272388 B DE 1272388B DE P1272 A DEP1272 A DE P1272A DE 1272388 A DE1272388 A DE 1272388A DE 1272388 B DE1272388 B DE 1272388B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- resonance element
- piezoelectric
- ohmic contact
- resistance
- element according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L potassium sodium L-tartrate Chemical class [Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011006 sodium potassium tartrate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
- H03D3/02—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal
- H03D3/06—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal by combining signals additively or in product demodulators
- H03D3/16—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal by combining signals additively or in product demodulators by means of electromechanical resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/133—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials for electromechanical delay lines or filters
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/30—Time-delay networks
- H03H9/36—Time-delay networks with non-adjustable delay time
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
H03hH03h
Deutsche Kl.: 21a4-10German class: 21a4-10
Nummer: 1272 388Number: 1272 388
Aktenzeichen: P 12 72 388.5-35 (W 30599)File number: P 12 72 388.5-35 (W 30599)
Anmeldetag: 23. August 1961 Filing date: August 23, 1961
Auslegetag: 11. Juli 1968Opening day: July 11, 1968
Die Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Resonanzelement mit zwei Elektroden zum Anlegen oder Anzeigen einer Wechselspannung vorzugsweise sehr hoher Frequenz.The invention relates to a piezoelectric resonance element with two electrodes for application or displaying an alternating voltage, preferably very high frequency.
Es ist bekannt, daß der piezoelektrische Effekt nur in Stoffen mit hohem elektrischem Widerstand auftritt. Infolgedessen hat man wesentliche piezoelektrische Effekte in bestimmten Halbleitern nicht festgestellt, da diese im allgemeinen zu leitend sind, um die erforderliche elektrische Feldstärke führen zu können. Es sind jedoch vor kurzem piezoelektrische Effekte in speziell behandelten Halbleitern hohen elektrischen Widerstands, z. B. in Cadmiumsulfid und Zinkoxyd, festgestellt worden.It is known that the piezoelectric effect occurs only in substances with high electrical resistance. As a result, significant piezoelectric effects have not been found in certain semiconductors, since these are generally too conductive to lead to the required electric field strength can. However, recently, piezoelectric effects are high in specially treated semiconductors electrical resistance, e.g. B. in cadmium sulfide and zinc oxide have been found.
Die Erfindung geht davon aus, Halbleitermaterialien in spezieller Weise so zu verwenden, daß diese ein elektrisches Feld führen können, das zum Erzeugen einer piezoelektrischen Wirkung groß genug ist. Man weiß, daß in der an einem pn-übergang oder einem anderen nichtohmschen Kontakt entstehende Verarmungsschicht die Ladungsträgerkonzentration des Halbleiters herabgesetzt wird. Das Material der Schicht wird dabei, wie gefunden wurde, ausreichend nichtleitend, um ein einen piezoelektrischen Effekt verursachendes Feld führen zu können; demgemäß besteht die Erfindung für ein piezoelektrisches Resonanzelement mit zwei Elektroden zum Anlegen oder Anzeigen einer Wechselspannung vorzugsweise sehr hoher Frequenz darin, daß ein Halbleiterkristallblock, beispielsweise aus Galliumarsenid, widerstandslos oder über einen Widerstand vergleichsweise geringer Größe mit dem einen Pol, vorzugsweise Masse, einer Wechselspannungsquelle oder eines Detektors verbunden ist, während die mit dem anderen Pol verbundene Elektrode in an sich bekannter Weise als nichtohmscher Kontakt auf eine Oberfläche des Kristallblocks aufgebracht ist, daß ferner dem Wechselspannungsfeld ein derart gerichtetes Gleichspannungsfeld überlagert ist, daß sich im Bereich des nichtohmschen Kontakts eine als Piezoelektrikum wirksam werdende Verarmungsschicht ausbildet, deren Dicke von der Größe der angelegten Gleichspannung abhängig ist.The invention assumes the use of semiconductor materials in a special way so that this can conduct an electric field that is large enough to produce a piezoelectric effect. It is known that this occurs at a pn junction or another non-ohmic contact Depletion layer the carrier concentration of the semiconductor is reduced. The material of the As has been found, the layer becomes sufficiently non-conductive to have a piezoelectric effect to be able to lead the causative field; accordingly, the invention exists for a piezoelectric resonance element with two electrodes for applying or displaying an alternating voltage, preferably very high frequency in that a semiconductor crystal block, for example made of gallium arsenide, without resistance or via a resistor of comparatively small size with one pole, preferably Ground, an AC voltage source or a detector is connected, while the with the other Pole connected electrode in a manner known per se as a non-ohmic contact on a surface of the crystal block is applied that further the AC voltage field such a directed DC voltage field it is superimposed that in the area of the non-ohmic contact there is a piezoelectric effective depletion layer forms, the thickness of which depends on the size of the applied direct voltage is dependent.
Das erfindungsgemäße piezoelektrische Resonanzelement oder — wie dieses im folgenden kurz bezeichnet werden soll — ein Wandler ergibt im Betrieb Vorteile, die bei den bisherigen piezoelektrischen Wandlern nicht erreichbar waren. Von besonderer Bedeutung ist die hohe Betriebsfrequenz, die durch einen mit Verarmungsschicht arbeitenden piezoelektrischen Wandler erreicht wird.The piezoelectric resonance element according to the invention or - as this is referred to briefly below should be - a converter gives advantages in operation that with the previous piezoelectric Converters were not reachable. Of particular importance is the high operating frequency, which is achieved by a depletion layer piezoelectric transducer.
Es ist bekannt, daß piezoelektrische Wandler am Piezoelektrisches Resonanzelement und dessen Verwendung bei einer VerzögerungsleitungIt is known that piezoelectric transducers on the piezoelectric resonance element and its Use with a delay line
Anmelder:Applicant:
Western Electric Company, Incorporated, New York, N.Y. (V. St. A.)Western Electric Company, Incorporated, New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt, 6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21Dipl.-Ing. H. Fecht, patent attorney, 6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Als Erfinder benannt:
*5 Donald Lawrence White,
Mendham, N. J. (V. St. A.)Named as inventor:
* 5 Donald Lawrence White,
Mendham, NJ (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
no V. St. v. Amerika vom 25. Oktober 1960 (64 808)Claimed priority:
no V. St. v. America October 25, 1960 (64 808)
wirksamsten bei einer Frequenz arbeiten, die der Grundfrequenz des Kristallresonators entspricht. Bisherige, z. B. aus Quarz, Kaliummonophosphat und Rochelle-Salzen aufgebaute Wandler arbeiten bei einer Grundfrequenz von 1 bis 60MHz. Kristallresonatoren mit oberhalb dieses Bereichs gelegenen Grundeigenschwingungen sind so empfindlich und klein, daß sie praktisch unausführbar sind. Infolgedessen arbeitet man bei hohen Frequenzen mit Harmonischen. Auf diese Weise konnten bei derartigen Wandlern Frequenzen bis zu 1000 MHz erzeugt wer-work most effectively at a frequency that corresponds to the fundamental frequency of the crystal resonator. Previous, z. B. composed of quartz, potassium monophosphate and Rochelle salts transducers work at a base frequency of 1 to 60MHz. Crystal resonators with located above this range Fundamental natural vibrations are so sensitive and small that they are practically impracticable. Consequently one works with harmonics at high frequencies. In this way, with such Converter frequencies up to 1000 MHz can be generated
den. Jedoch ergibt die Verwendung von Harmonischen einige sehr ernsthafte Schwierigkeiten. Die richtige Kopplung zwischen dem Resonanzkristall und dem umgebenden Fortpflanzungsmedium erfordert äußerst genaue Ausrichtung und führt nur zu einem geringen Wirkungsgrad. Demgegenüber haben Wandler, welche bei oder nach ihrer Grundeigenschwingung in Resonanz kommen, einen hohen elektromechanischen Kopplungsgrad, also einen hohen Wirkungsgrad.the. However, the use of harmonics poses some very serious problems. the requires proper coupling between the resonant crystal and the surrounding propagation medium extremely precise alignment and only leads to a low level of efficiency. In contrast, have Converters that come into resonance during or after their fundamental natural oscillation have a high electromechanical degree of coupling, i.e. a high degree of efficiency.
Der Wandler gemäß der Erfindung hat einen großen Anwendungsbereich. Er kann z. B. als je in der Frequenz änderbarer (modulierbarer) Eingangsund Ausgangswandler, Filter, Frequenznormale oder Ultraschallverzögerungsleitung verwendet werden.The converter according to the invention has a wide range of applications. He can z. B. than ever in the frequency changeable (modulatable) input and output converters, filters, frequency standards or Ultrasonic delay line can be used.
Die erfindungsgemäßen Wandler haben, wenn sie durch entsprechende Wahl der Gleichvorspannung mit Verarmungsschichtdicken zwischen 10~s bisThe transducers according to the invention have, if by appropriate choice of the DC bias with depletion layer thicknesses between 10 ~ s to
809 569/194809 569/194
10~6 cm betrieben werden, Grundresonanzfrequen- schicht 16, die etwa 1,6 · 10~4 cm dick ist. Ein dieser zen, die von etwa 200 MHz bis mehr als 100 000 MHz Schicht von einem Hochfrequenzgenerator 17 zugereichen. Dies stellt eine beachtliche Verbesserung führtes Signal ergibt eine mechanische Schwingung gegenüber den bisherigen hochfrequenten Wandlern im Halbleiter mit einer Grundresonanzfrequenz von dar. 5 1000 MHz.10 ~ 6 cm are operated, fundamental resonance frequency layer 16, which is about 1.6 · 10 ~ 4 cm thick. One of these zen, the from about 200 MHz to more than 100,000 MHz layer from a high-frequency generator 17 zuereichen. This represents a considerable improvement in the lead signal results in a mechanical oscillation compared to the previous high-frequency converters in semiconductors with a fundamental resonance frequency of 5,000 MHz.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht Da, wie bereits erwähnt, sich die Dicke der Ver-A major advantage of the invention is that, as already mentioned, the thickness of the
auch in der Leichtigkeit, mit der die Grundresonanz- armungsschicht mit der Quadratwurzel aus der in frequenz verändert werden kann. Die Dicke der Ver- Sperrichtung angelegten Vorspannung ändert und armungsschicht ist proportional zur Quadratwurzel andererseits die Resonanzfrequenz umgekehrt proaus der an den Übergang in Sperrichtung angelegten io portional zur Verarmungsschichtdicke ist, kann man Vorspannung. Infolgedessen kann die Dicke der die Resonanzfrequenz durch bloßes Verändern der Schicht und damit die hierzu umgekehrt proportionale Gleichvorspannung ändern. Dieser einfache Fre-Grundresonanzfrequenz leicht verändert werden, in- quenzänderungsmechanismus eröffnet gegenüber den dem lediglich die in Sperrichtung angelegte Vorspan- bisherigen Wandlern weitreichende Anwendungsnung verändert wird. Zum Beispiel führt bei einer 15 möglichkeiten. Da die Resonanzfrequenz bisheriger betrachteten Halbleiterkristallart ein Herabsetzen der Ultraschallwandler von den geometrischen Abmes-Gleichvorspannung um 25% zu einer 13°/oigen Er- sungen des Resonanzkristalls bestimmt ist, konnte sie höhung der Grundresonanzfrequenz. effektiv nur durch eine mechanische Änderung deralso in the ease with which the fundamental resonance reinforcement layer with the square root of the in frequency can be changed. The thickness of the locking direction applied bias changes and armor layer is proportional to the square root on the other hand, the resonance frequency is inversely pro out the io applied to the transition in the blocking direction is proportional to the thickness of the depletion layer Preload. As a result, the thickness of the resonance frequency can be adjusted by simply changing the Change layer and thus the inversely proportional DC bias voltage. This simple Fre fundamental resonance frequency can be easily changed, the mechanism of change in sequence opens up compared to the which only the pre-tensioning current transducers applied in the blocking direction had extensive application is changed. For example, one leads to 15 possibilities. Since the resonance frequency previous considered a reduction of the ultrasonic transducers from the geometrical dimensions DC bias voltage is determined by 25% to a 13% increase in the resonance crystal, it could increase of the fundamental resonance frequency. effective only by a mechanical change in the
Es ist ersichtlich, daß die Normale der Verar- Kristallabmessungen selbst geändert werden. Demmungsschicht in Richtung einer piezoelektrischen 20 gegenüber ist nunmehr eine Änderung der Resonanz-Achse des Materials verlaufen sollte. Die genaue frequenz auf rein elektrischem Wege, also ersicht-Ausrichtung ist zwar der bevorzugte Fall, es genügt lieh wesentlich einfacher möglich. Eine derartige jedoch bereits das Vorhandensein einer wesentlichen Einstellmöglichkeit, die auch die Möglichkeit einer Komponente der piezoelektrischen Achse in Rieh- Modulation mit einschließt, ist z. B. für in der Fretung der Schichtnormalen, es ist also nicht wichtig, 25 quenz veränderbare Bandpaßfilter, Oszillatoren, Uldaß die piezoelektrische Achse senkrecht zur Schicht traschalldetektoren und Ultraschallverzögerungsleiorientiert ist. tungen äußerst vorteilhaft. Die letztgenannte Anwen-It can be seen that the normals of the processing crystal dimensions themselves are changed. Demolition layer in the direction of a piezoelectric 20 opposite, there is now a change in the resonance axis the material should run. The exact frequency in a purely electrical way, i.e. sight alignment is the preferred case, it is sufficient borrowed much more easily possible. Such a one however, the presence of an essential setting option, which also includes the possibility of a Component of the piezoelectric axis in Rieh modulation includes, for. B. for in the Fretung the layer normals, so it is not important, 25 frequency changeable bandpass filters, oscillators, Uldaß the piezoelectric axis is oriented perpendicular to the layer of ultrasonic detectors and ultrasonic delay lines is. extremely beneficial. The latter application
Der nichtohmsche Kontakt ist demgemäß auf einer dung ist von besonderer Bedeutung. Eine Verzögesolchen Fläche des Kristalls aufgebracht, daß, wenn rungsleitungsanordnung kann durch leichte Änderunein Signal über diese Fläche in den Kristall einge- 30 gen (Wobbein) der in Sperrichtung angelegten Vorführt wird, in demselben ein wesentliches anregendes spannung sehr breitbandige Signale übertragen, ein Feld entsteht. Offensichtlich liegen die bevorzugten Umstand, der bei den bisherigen Verzögerungsleitun-Flächen senkrecht zu einer piezoelektrischen Achse, gen nicht möglich war.The non-ohmic contact is accordingly on a connection is of particular importance. A delay like that Surface of the crystal applied that if the conduit arrangement can be changed by slight changes Signal via this surface into the crystal (wobble) of the demonstration applied in the blocking direction is, in the same a substantial stimulating voltage transmitted very broadband signals, a Field emerges. Obviously, the preferred circumstance is that of the previous delay line areas perpendicular to a piezoelectric axis, gen was not possible.
jedoch können, wie bereits erwähnt, Abweichungen Eine Ultraschallverzögerungsleitung mit Wandlernhowever, as noted earlier, deviations can occur in an ultrasonic delay line with transducers
von dieser optimalen Orientierung zugelassen wer- 35 veränderbarer Frequenz ist in Fig. 2 dargestellt, den, wobei dennoch ein befriedigender piezoelektri- Jeder Wandler 20 und 21 ist im wesentlichen der scher Effekt erhalten wird. Wenn die Verarmungs- gleiche, wie er in F i g. 1 dargestellt ist. Er ist an schicht an einem pn-übergang angrenzend erzeugt einer geeigneten Fläche, z. B. unter Verwendung von wird, der im Innern des Halbleitermaterials vorhan- GaAs an den Flächen [111] oder [110], befestigt. Das den ist, muß deren Normale gleichfalls im wesent- 40 Verzögerungsmedium 31 ist ein bekanntes akustilichen in Richtung einer piezoelektrischen Achse ver- sches Verzögerungsmaterial, das sich für diese Frelaufen. quenzen eignet. Es kann vorteilhafterweise das HaIb-The variable frequency that can be admitted by this optimal orientation is shown in FIG. each transducer 20 and 21 is essentially the shear effect is obtained. If the same impoverishment as shown in FIG. 1 is shown. He is on layer adjacent to a pn junction creates a suitable area, e.g. B. using that is present inside the semiconductor material is attached to GaAs on the surfaces [111] or [110]. That that is, its normal must also essentially be 40 delay medium 31 is a known acoustic one in the direction of a piezoelectric axis, different delay material that is suitable for this Frelaufen. sequences is suitable. Advantageously, the half
Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in leitermaterial selbst sein. Ohmsche Kontakte 22 und der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels be- 23 sind in der dargestellten Weise angebracht. Jedes schrieben; es zeigt 45 Ende der Verzögerungsleitung wird dann durchIn the following the invention is based on a conductor material itself. Ohmic contacts 22 and The embodiment shown in the drawing are attached in the manner shown. Each wrote; it shows 45 the end of the delay line is then through
Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Ausführungs- Gleichspannungsquellen 24 und 25 in Sperrichtung beispiel und vorgespannt, so daß an den nichtohmschen Kontak-Fig. 1 is a longitudinal section through the execution DC voltage sources 24 and 25 in the reverse direction example and biased so that the non-ohmic contact
Fig. 2 eine Ultraschall-Verzögerungsleitung, die ten28 und 29 Verarmungsschichten 26 und 27 aufmit zwei Wandlern nach Fig. 1 aufgebaut ist. treten. Das Signal wird an einem Ende durch eineFig. 2 shows an ultrasonic delay line comprising ten 28 and 29 depletion layers 26 and 27 two transducers according to FIG. 1 is constructed. step. The signal is passed through a at one end
Der Halbleiterkristallblock ,des Ausführungsbei- 50 Hochfrequenzquelle 30 eingeführt, die der Eingang spiels ist ein Würfel 10 der Kantenlänge von etwa eines Signalkreises sein kann. Der Wandler 20 erzeugt 6 mm. Das Material des Würfels 10 ist η-leitendes ein akustisches Signal, das über das Verzögerungs-Galliumarsenid, das mit 5 · IO15 Atomen pro Kubik- mittel 31 zum anderen Übertrager 21 übertragen wird, Zentimeter dotiert ist. Dieser Dotierungswert führt wo es in ein elektrisches Signal umgewandelt und in zu einem spezifischen Widerstand, der kleiner als 55 einem Hochfrequenzdetektor 32 festgestellt wird. 0,1 Ohm · cm ist. Der Würfel ist auf einer [110]-Kri- In den beschriebenen Ausführungsformen wurdenThe semiconductor crystal block, the embodiment 50 high-frequency source 30 introduced, which the input game is a cube 10 the edge length of about a signal circle can be. The transducer 20 produces 6 mm. The material of the cube 10 is an η-conductive acoustic signal which is doped centimeters via the delay gallium arsenide, which is transmitted with 5 · 10 15 atoms per cubic medium 31 to the other transmitter 21. This doping value is converted into an electrical signal and leads to a specific resistance which is less than 55% by a high-frequency detector 32. 0.1 ohm · cm. The cube is on a [110] kri- In the embodiments described have been made
stallfläche optisch eben poliert, so daß eine kohärente als Kontakte 14, 22 und 23 ohmsche Kontakte ver-Wellenfront sichergestellt ist. Ferner ist auf diese wendet. Es können aber auch nichtohmsche Kontakte Fläche ein Goldfilm 11 bis zu einer Dicke von etwa benutzt werden, wenn ihr ohmscher Widerstand 5 · 10~6 cm aufgedampft, der mit Galliumarsenid den 60 wesentlicher geringer als der Widerstand der nichterforderlichen nichtohmschen Kontakt ergibt. Auf ohmschen Kontakteil, 28 und 29 ist, gemessen in der Goldschicht ist ein der Stromzuführung dienen- einer von der Verarmungsschicht wegweisenden Richder Kupferdraht 12 unter Verwendung eines Indium- tang. Für die Zwecke der Erfindung soll zur Erzielotes 13 befestigt. Auf einer [100]-Fläche ist ein lung einer richtigen Arbeitsweise der Einrichtung der ohmscher Kontakt 14 vorgesehen. 65 Widerstand der Kontakte 14, 22 und 23, gemessen inStable surface optically polished so that a coherent as contacts 14, 22 and 23 ohmic contacts ver wavefront is ensured. It also applies to this. However, non-ohmic contacts surface a gold film 11 can be used up to a thickness of approximately if its ohmic resistance is vapor-deposited 5 · 10 ~ 6 cm, which with gallium arsenide results in 60 significantly lower than the resistance of the non-ohmic contact that is not required. On the ohmic contact part 28 and 29, measured in the gold layer, there is a copper wire 12 that points away from the depletion layer and uses an indium tang. For the purposes of the invention, note 13 should be attached to achieve this. On a [100] surface, a development of a correct operation of the device of the ohmic contact 14 is provided. 65 Resistance of contacts 14, 22 and 23, measured in
Eine an die Goldelektrode 11 und den ohmschen Durchlaßrichtung, vorzugsweise geringer als die Kontakt 14 angelegte Gleichspannung von 10 V einer Hälfte des Widerstands des nichtohmschen Kontakts Gleichspannungsquelle 15 ergibt eine Verarmungs- 11, 28 und 29, gemessen in Sperrichtung, sein. BeiOne to the gold electrode 11 and the ohmic forward direction, preferably less than that Contact 14 applied DC voltage of 10 V one half the resistance of the non-ohmic contact DC voltage source 15 results in a depletion 11, 28 and 29, measured in the reverse direction. at
einer einen pn-übergang aufweisenden Einrichtung, bei der der Übergang im inneren Teil und nicht am äußeren Kontakt wie in F i g. 1 gebildet ist, erfordert diese Einschränkung, daß der Kontakt einen Widerstand, gemessen in Durchlaßrichtung, hat, der geringer als die Hälfte des Widerstands des genannten pn-Übergangs, gemessen in Sperrichtung, ist.a device having a pn junction, in which the junction is in the inner part and not on the external contact as in FIG. 1 is formed, this restriction requires that the contact has a resistor, measured in the forward direction, which is less than half the resistance of the said pn junction, measured in the reverse direction.
In einem Halbleitermaterial, das für die erfindungsgemäßen Wandler brauchbar ist, soll eine Verarmungsschicht von der gewünschten Dicke erzeugt werden können, wobei eine hohe Beweglichkeit und eine hohe Leitfähigkeit erhalten bleiben soll. Die Klassen der Halbleiterverbindungen, die aus Elementen der Gruppen III und V sowie II und VI des Periodischen Systems aufgebaut sind, erfüllen diese Forderungen. Bevorzugte Materialien sind GaAs, GaP, GaSb, BP, AIP, AlAs, AlSb, CdS, CdO, ZnS, ZnO und, bei niedrigen Temperaturen, InSb.A depletion layer is said to be present in a semiconductor material which is useful for the transducers according to the invention of the desired thickness can be produced, with a high mobility and a high conductivity should be maintained. The classes of semiconductor compounds made up of elements of groups III and V as well as II and VI of the periodic table meet these requirements. Preferred materials are GaAs, GaP, GaSb, BP, AIP, AlAs, AlSb, CdS, CdO, ZnS, ZnO and, at low temperatures, InSb.
Eine der Forderungen der Erfindung besteht in einem piezoelektrischen Körper, in dem eine Verarmungsschicht in der vorher beschriebenen Weise erzeugt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es im allgemeinen unwesentlich, wie und durch welches Mittel die erforderliche Verarmungsschicht gebildet wird. Die Einrichtung ist wirksam, gleichgültig, ob die Verarmungsschicht an einem äußeren nichtohmschen Kontakt oder im Inneren des Halbleiterkörpers an einem herkömmlichen pn-übergang gebildet ist. Das wesentliche Verhalten des Übergangs zur Bildung einer Verarmungsschicht besteht darin, daß er gleichrichtend oder nichtohmisch ist. Dementsprechend soll hier und in den Ansprüchen der Ausdruck nichtohmscher Kontakt einen Übergang definieren, an dem eine Verarmungsschicht erzeugt werden kann.One of the requirements of the invention is a piezoelectric body in which a depletion layer can be generated in the manner previously described. In this context is it is generally unimportant how and by what means the required depletion layer is formed will. The device is effective, regardless of whether the depletion layer is non-resistive to an external one Contact or formed in the interior of the semiconductor body at a conventional pn junction is. The essential behavior of the transition to the formation of a depletion layer is that it is rectifying or non-ohmic. Accordingly, the term is intended here and in the claims non-ohmic contact define a junction at which a depletion layer can be generated.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US64808A US3185935A (en) | 1960-10-25 | 1960-10-25 | Piezoelectric transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1272388B true DE1272388B (en) | 1968-07-11 |
Family
ID=22058394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEP1272A Pending DE1272388B (en) | 1960-10-25 | 1961-08-23 | Piezoelectric resonance element and its use in a delay line |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3185935A (en) |
| BE (1) | BE609136A (en) |
| DE (1) | DE1272388B (en) |
| GB (1) | GB995850A (en) |
| NL (1) | NL269131A (en) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE633043A (en) * | 1962-05-31 | |||
| US3254231A (en) * | 1962-07-10 | 1966-05-31 | Philco Corp | Frequency changer employing a moving sonic-energy-reflecting boundary in a semiconductor medium |
| US3283271A (en) * | 1963-09-30 | 1966-11-01 | Raytheon Co | Notched semiconductor junction strain transducer |
| US3251009A (en) * | 1963-05-28 | 1966-05-10 | Ibm | Semiconductor ultrasonic signal-delay apparatus utilizing integral p-n junctions as electromechanical transducers |
| US3277405A (en) * | 1963-09-30 | 1966-10-04 | Raytheon Co | Strain filter utilizing semiconductor device in mechanical oscillation |
| US3370207A (en) * | 1964-02-24 | 1968-02-20 | Gen Electric | Multilayer contact system for semiconductor devices including gold and copper layers |
| FR1486264A (en) * | 1965-07-08 | 1967-10-05 | ||
| US3401449A (en) * | 1965-10-24 | 1968-09-17 | Texas Instruments Inc | Method of fabricating a metal base transistor |
| US3414779A (en) * | 1965-12-08 | 1968-12-03 | Northern Electric Co | Integrated parametric amplifier consisting of a material with both semiconductive and piezoelectric properties |
| DE1614829C3 (en) * | 1967-06-22 | 1974-04-04 | Telefunken Patentverwertungs Gmbh, 7900 Ulm | Method for manufacturing a semiconductor component |
| US3568103A (en) * | 1968-09-06 | 1971-03-02 | Nasa | A solid state acoustic variable time delay line |
| US3652905A (en) * | 1970-05-26 | 1972-03-28 | Westinghouse Electric Corp | Schottky barrier power rectifier |
| US8044556B2 (en) * | 2006-07-28 | 2011-10-25 | California Institute Of Technology | Highly efficient, charge depletion-mediated, voltage-tunable actuation efficiency and resonance frequency of piezoelectric semiconductor nanoelectromechanical systems resonators |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2553491A (en) * | 1950-04-27 | 1951-05-15 | Bell Telephone Labor Inc | Acoustic transducer utilizing semiconductors |
| US2941092A (en) * | 1955-10-25 | 1960-06-14 | Philips Corp | Pulse delay circuit |
| US3022472A (en) * | 1958-01-22 | 1962-02-20 | Bell Telephone Labor Inc | Variable equalizer employing semiconductive element |
| FR1210880A (en) * | 1958-08-29 | 1960-03-11 | Improvements to field-effect transistors | |
| US3060327A (en) * | 1959-07-02 | 1962-10-23 | Bell Telephone Labor Inc | Transistor having emitter reversebiased beyond breakdown and collector forward-biased for majority carrier operation |
-
0
- NL NL269131D patent/NL269131A/xx unknown
-
1960
- 1960-10-25 US US64808A patent/US3185935A/en not_active Expired - Lifetime
-
1961
- 1961-08-23 DE DEP1272A patent/DE1272388B/en active Pending
- 1961-09-27 GB GB34661/61A patent/GB995850A/en not_active Expired
- 1961-10-13 BE BE609136A patent/BE609136A/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE609136A (en) | 1962-02-01 |
| NL269131A (en) | |
| GB995850A (en) | 1965-06-23 |
| US3185935A (en) | 1965-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60028181T2 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR QUANTIZING AN ANALOG SIGNAL WITH A CLOSED PAIR DIODE WITH RESONANT TUNNEL EFFECT | |
| DE1272388B (en) | Piezoelectric resonance element and its use in a delay line | |
| DE1273719B (en) | Transmission device for elastic waves | |
| DE3005179A1 (en) | AOFW DELAY LINE WITH VARIABLE DELAY AND A MONOLITHIC, VOLTAGE-CONTROLLED OSCILLATOR PRODUCED WITH IT | |
| DE4100060A1 (en) | METHOD FOR GENERATING AN ELECTRIC VIBRATION SIGNAL AND OSCILLATOR / RESONATOR FOR IN PARTICULAR SUPER HIGH FREQUENCIES | |
| DE1255134B (en) | Process for generating vibrations or power amplification of electrical impulses and membrane diodes for carrying out the process | |
| DE1276834B (en) | Electromechanical device for changing the amplitude of an acoustic signal | |
| DE887558C (en) | Relaxation oscillator | |
| DE2238925C2 (en) | ACOUSTIC SURFACE WAVE CONVERTER SYSTEM | |
| DE949422C (en) | Transistor element and circuit with the same for amplifying an electrical signal | |
| DE2846186A1 (en) | INTERACT DEVICE FOR MAGNETOELASTIC SURFACE SHAFTS | |
| DE3123104A1 (en) | Relay arrangement | |
| DE2139200B2 (en) | Converter for generating and reproducing binary pulse trains in the form of surface waves | |
| DE3209093A1 (en) | DEVICE FOR MONITORING SPACE BY DOPPLER RADAR | |
| DE928969C (en) | Piezoelectric coupler, in particular made of quartz crystal | |
| DE1591314C3 (en) | Device for generating and amplifying electrical high-frequency signals | |
| DE933277C (en) | Vibration generator with a resonance circuit and a semiconductor equipped with three electrodes | |
| DE2112001A1 (en) | Electronic solid body device to utilize the difference in effective mass | |
| DE2046242C3 (en) | Electro-optical converter with a pulse generating diode | |
| DE3015301A1 (en) | Ignition circuit for semiconductor switch - has piezoelectric chip coupling AC excitation signal to control input of switch | |
| DE2046243C2 (en) | Semiconductor component for pulse frequency modulation and circuit for its operation | |
| DE2244474A1 (en) | PULSED AMPLIFIER | |
| DE69317426T2 (en) | FAST BIDIRECTIONAL ANALOG SWITCH FOR HF IMPULSES WITH HIGH MOMENTAL PERFORMANCE | |
| DE1045452B (en) | Bistable flip-flop circuit | |
| DE1929297A1 (en) | Unipolar bipolar pulse converter |