DE102005040293B3

DE102005040293B3 - Sound sensor has magnetoresistive sensor whereby sensor material of magnetoresistive sensor is an electrically anisotropic conductor, whereby the electric field and the magnetic field is applied to sensor material

Info

Publication number: DE102005040293B3
Application number: DE200510040293
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr. Fink; Kurt Dipl.-Ing. Hoppe; Manfredo Prof. Dr. Pinheiros Tabacniks
Original assignee: Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Current assignee: Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Priority date: 2005-08-21
Filing date: 2005-08-21
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-08-22

Abstract

Sound sensor has magnetoresistive sensor for detecting magnetic field. Sensor material of the magnetoresistive sensor (MRS) is an electrically anisotropic conductor or semiconducting material with high electrical conductivity in a predominant direction. The electric field (EF) and the magnetic field are applied to the sensor material longitudinal to the predominant direction. The field intensity to detect the magnetic field is collected by resistive or capacitive element, and so the dip magnets (TA) is formed through oscillating, self-supporting membrane (FM) which is integrated with tapered nano-magnet (KNM). The smaller diameter nano-magnet is arranged on magnetoresistive sensor. An independent claim is also included for the method for producing sound sensors.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallsensor nach dem Tauchspulprinzip mit einem von einem elektrischen Feld durchdrungenen magnetoresistiven Sensor zur Detektion eines magnetischen Felds und dem Sensor gegenüberliegenden Tauchmagneten und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schallsensors.The The invention relates to a sound sensor according to the Tauchspulprinzip with a magnetoresistive field penetrated by an electric field Sensor for detecting a magnetic field and the sensor opposite Submersible magnets and a method for producing such Sound sensor.

Stand der TechnikState of technology

Schallsensoren nehmen den Schall auf und wandeln ihn in einen verarbeitbaren elektrischen Parameter. Im Stand der Technik sind Schallsensoren bislang unter dem Begriff „Mikrophon" bekannt, der auch einen Hinweis auf die möglichen minimalen Dimensionen im Mikrometerbereich gibt. Im Stand der Technik sind Mikrophone weit verbreitet, die nach dem klassischen Tauchspulprinzip arbeiten, vergleiche beispielsweise die DE 690 11 502 T2 . Durch Veränderung des Abstands der Tauchmagnete zum magnetoresistiven Sensor, beispielsweise einem Elektromagneten, verändert dieser seinen magnetischen Widerstand und damit sein elektrisches Ausgangssignal. Dabei haben die magnetoresistiven Sensoren und die Tauchmagneten aber immer Abmessungen minimal im Mikrometerbereich, sodass insgesamt die Dimensionierung der bekannten Mikrophone und damit ihr Anwendungsgebiet entsprechend begrenzt ist. Die Herstellung von Nanomagneten aus verschiedenen Materialclustern aus der Dampfphase ist beispielsweise aus der JP 2000345332 A bekannt.Sound sensors pick up the sound and convert it into a workable electrical parameter. In the prior art, sound sensors have heretofore been known by the term "microphone", which also gives an indication of the possible minimum dimensions in the micrometer range In the prior art, microphones are widely used which operate according to the classical immersion-coil principle DE 690 11 502 T2 , By changing the distance of the submersible magnets to the magnetoresistive sensor, such as an electromagnet, this changes its magnetic resistance and thus its electrical output signal. However, the magnetoresistive sensors and the submersible magnets always have minimal dimensions in the micrometer range, so that overall the dimensioning of the known microphones and thus their field of application is correspondingly limited. The production of nanomagnets from different material clusters from the vapor phase, for example, from JP 2000345332 A known.

Aufgabenstellungtask

Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist ausgehend von einem gattungsgemäßen Schallsensor der eingangs beschriebenen Art daher darin zu sehen, einen Schallsensor anzugeben, der auch eine Dimensionierung im Nanometerbereich zulässt. Trotz der geforderten Miniaturisierung soll die Herstellung aber trotzdem einfach und damit kostengünstig erfolgen können. Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist dem Hauptanspruch und dem nebengeordneten Verfahrensanspruch zu entnehmen. Vorteilhafte Modifikationen sind den jeweils untergeordneten Unteransprüchen zu entnehmen, die im Folgenden im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert werden.The Task for The present invention is based on a generic sound sensor The type described above therefore to be seen in a sound sensor which also allows sizing in the nanometer range. Despite the demanded miniaturization but still the production simple and therefore inexpensive can be done. The solution according to the invention for this task is the main claim and the sibling claim refer to. Advantageous modifications are the respective subordinate dependent claims to be taken in the following in connection with the invention be explained in more detail.

Der erfindungsgemäße Schallsensor stößt mit seiner Dimensionierung in den Nanobereich vor, sodass im Folgenden von „Nanophon" gesprochen wird. Dadurch wird die Unterscheidung zum bekannten Mikrophon augenscheinlich. Diese extreme Miniaturisierung wird durch zwei Komponenten bei der Erfindung ermöglicht. Zum einen wird ein magnetoresistiver Sensor mit einem speziellen Sensormaterial verwendet. Abweichend von bekannten Sensormaterialien, die eine magnetoresistive Anisotropie geometrisch durch Vorsehen elektrisch isotrop leitender Leiterbahnen vorsehen, handelt es sich bei dem im Nanophon verwendeten Sensormaterial um ein elektrisch anisotrop leitendes oder halbleitendes Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit in einer Vorzugsrichtung. Es wird also die Idee umgesetzt, elektrisch anisotrop leitenden Materialien mit einer elektrischen Vorzugsrichtung als Magnetsensoren einzusetzen. Dabei sind das elektrische Feld und das magnetische Feld an das Sensormaterial längs der Vorzugsrichtung angelegt, wobei die Feldstärke des zu detektierenden magnetischen Felds durch resistive oder kapazitive Elemente erfasst werden kann. Die Anisotropie im magnetischen Verhalten wird also nicht durch eine Anisotropie in der Geometrie isotroper Materialien, sondern direkt durch eine elektrische Anisotropie hervorgerufen. Dadurch entfallen bei der Erfindung geometrische Strukturschritte, wodurch die Miniaturisierung bis in den Nanometerbereich möglich ist. Ein elektrisch anisotrop leitendes Material hat in einer Vorzugsrichtung eine hohe Leitfähigkeit und in anderen Richtungen eine geringere. Die Vorzugsleitfähigkeit wird im Fall der Verwendung kristalliner Materialien durch eine bestimmte Kristallachse, durch eine bevorzugte Wachstumsrichtung des Materials oder durch Einbringen einer geometrisch in bestimmter Richtung ausgerichteten leitenden oder halbleitenden Komponente des Materials erzeugt. Im letzten Fall kann es sich entweder darum handeln, in vorgegebene Poren bestimmter Ausrichtung, beispielsweise geätzte Ionenspuren, innerhalb eines elektrisch gering leitenden Substrates leitende oder halbleitende Medien einzubetten, oder es kann das isolierende oder schlecht leitende Substrat selber durch Ionenbestrahlung innerhalb eines lateral eng begrenzten, aber longitudinal sehr ausgedehnten Raumbereiches, der so genannten „latenten" Ionenspuren, in ein leitendes oder halbleitendes Material umgewandelt werden.Of the Sound sensor according to the invention pushes with his Dimensioning into the nanoscale, so that in the following "nanophone" is used. This makes the distinction to the known microphone apparent. This extreme miniaturization is by two components in the invention allows. First, a magnetoresistive sensor with a special Sensor material used. Unlike known sensor materials, the one magnetoresistive anisotropy geometrically by providing Provide electrically isotropically conductive tracks, it is in the sensor material used in the nanophone by an electric anisotropic conductive or semiconducting material with a high electrical conductivity in a preferred direction. So the idea is implemented, electrically anisotropically conductive materials having a preferred electrical direction to be used as magnetic sensors. Here are the electric field and the magnetic field is applied to the sensor material along the preferred direction, where the field strength of the magnetic field to be detected by resistive or capacitive Elements can be detected. The anisotropy in magnetic behavior does not become isotropic due to anisotropy in the geometry Materials, but directly caused by an electrical anisotropy. This eliminates geometric structural steps in the invention, whereby the miniaturization down to the nanometer range is possible. An electrically anisotropic conductive material has in a preferred direction a high conductivity and in other directions a smaller one. The preferred conductivity is in the case of using crystalline materials by a certain crystal axis, by a preferred growth direction of the material or by introducing a geometric in certain Direction oriented conductive or semiconducting component of the material. In the latter case it can either be act, in given pores of certain orientation, for example etched Ion traces, within an electrically low-conductivity substrate to embed conductive or semiconducting media, or it may be the insulating one or poorly conductive substrate itself by ion irradiation within a laterally narrow but longitudinally very extensive space, the so-called "latent" ion traces, in a conductive or semiconductive material to be converted.

Bei dem in dem Nanophon nach der Erfindung eingesetzten magnetoresistiven Sensor ist das elektrische Feld an dem Material längs der leitenden oder halbleitenden Vorzugsrichtung angelegt. Längs einer an das Material angelegten elektrischen Spannung werden die Ladungsträger bevorzugt durch das Gebiet niedrigsten elektrischen Widerstandes, d.h. durch die leitenden oder halbleitenden Zonen, geführt. Wird nun an das elektrisch anisotrop leitende Material gleichzeitig ein magnetisches Feld in derselben Richtung angelegt, so wirkt auf die Ladungsträger neben dem elektrischen Feldgradienten eine zusätzliche dazu senkrecht ausgerichtete Kraft, die Lorentzkraft, welche sie in Spiralbahnen zwingt. Ist diese lateral anliegende Kraft genügend groß, so werden die Ladungsträger aus dem hoch leitenden Bereich herausgedrängt in das benachbarte Gebiet geringerer Leitfähigkeit im Material, wodurch sich der Widerstand des leitenden Materials messbar erhöht.In the magnetoresistive sensor used in the nanophone of the invention, the electric field is applied to the material along the conductive or semiconductive preferential direction. Along an electrical voltage applied to the material, the charge carriers are preferably conducted through the region of lowest electrical resistance, ie through the conductive or semiconducting zones. If, at the same time, a magnetic field in the same direction is applied to the electrically anisotropic conductive material, an additional force perpendicular thereto, the Lorentz force, which forces it into spiral paths, acts on the charge carriers in addition to the electric field gradient. If this laterally applied force is sufficiently large, then the charge carriers from the highly conductive region pushed into the adjacent region of lower conductivity in the material, whereby the resistance of the conductive material increases measurably.

In Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrisch anisotrop leitende oder halbleitende Material als Verbundmaterial aus einem elektrisch gering leitenden Trägermaterial und einer im Trägermaterial in der Vorzugsrichtung angeordneten leitenden oder halbleitenden Komponente ausgebildet ist. Insbesondere kann dabei die leitende oder halbleitende Komponente von latenten oder geätzten und mit einem leitenden oder halbleitenden Material gefüllten Ionenspuren gebildet sein, wobei der Arbeitsbereich des Sensors bevorzugt und damit optimal in einem Gebiet mit einem lokal negativen differenziellen elektrischen Widerstand liegt, das durch die Wahl eines hohen Aspektverhältnisses der Ionenspuren und des die Ionenspuren füllenden Materials erzeugt ist.In embodiments The invention provides that the electrically anisotropically conductive or semiconducting material as a composite material of an electric low-conductivity carrier material and one in the carrier material arranged in the preferred direction conductive or semiconducting Component is formed. In particular, the conductive or semiconducting component of latent or etched and ion traces filled with a conductive or semiconductive material be formed, wherein the working range of the sensor is preferred and thus optimally in an area with a local negative differential electrical resistance is due to the choice of a high aspect ratio the ion traces and the ion traces filling material is generated.

Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein analoger Effekt bezüglich der oben beschriebenen Wechselwirkung zwischen elektrischem und magnetischem Feld im elektrisch anisotrop leitenden Material auftritt, wenn das elektrisch anisotrop leitende Material aus leitenden oder halbleitenden Nanoporen oder Nanoröhrchen besteht, die in ein nicht oder nur wenig leitendes Halbleitersubstrat eingebettet sind. Eine ähnliche Struktur ist unter dem Begriff „TEMPOS" (Tunable Electronic Material with Pores On Semiconductor) beispielsweise aus der WO 2004/109807 A2 bekannt. Bei der TEMPOS-Struktur handelt es sich um eine parametrierte Halbleiterverbundstruktur mit zumindest einem Halbleitersubstrat mit wählbarer p- oder n-Dotierung und elektrischer Leitfähigkeit und einer angrenzenden planaren Schicht aus einem elektrisch gering leitenden Material mit im Wesentlichen vertikal integrierten Dotierungskanälen, in die ein elektrisch leitfähiges Material mit wählbarer elektrischer Leitfähigkeit eingebracht ist, wobei Ladungsträger in der Halbleiterverbundstruktur migrieren, und einer elektrischen Kontaktierung aus mehreren auf der Schicht aus einem elektrisch gering leitenden Material und dem Halbleitersubstrat angeordneten Elektroden. Dabei können die Dotierungskanäle als nanoskalierte Poren mit wählbarer Verteilung in der Schicht aus einem elektrisch leitenden Material sowie wählbarem Porendurchmesser, Porentiefe und Porenform ausgebildet sein. Weiterhin ist mit dem in die Poren eingebrachten oder mit einem anderen, elektrisch leitfähigen, aber hochohmig ausgeprägten Material auch die Oberfläche der Schicht aus einem elektrisch leitenden Material belegt, sodass ein wählbarer elektrischer Widerstand erzeugt wird, der eine im Wesentlichen horizontale Migration der Ladungsträger zwischen zwei auf der Schicht aus einem elektrisch leitenden Material zueinander beabstandet angeordneten, strukturierten oberen Elektroden, zwischen denen durch wählbares Anlegen unterschiedlicher Potenziale ein wählbarer Potenzialverlauf erzeugt wird, verhindert, aber eine im Wesentlichen vertikale Migration der Ladungsträger in der Halbleiterverbundstruktur zu einer auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, strukturierten unteren Elektrode unterstützt. Eine derartige TEMPOS-Struktur zeigt ein besonders ausgeprägtes und dabei durch die unterschiedlichsten Parameter steuerbares elektrisch anisotropes Verhalten.It has become shown that an analogous effect with respect to those described above Interaction between electric and magnetic field in electric Anisotropic conductive material occurs when the electrically anisotropic conductive material consists of conducting or semiconducting nanopores or nanotubes, which are embedded in a non-conductive or only slightly conductive semiconductor substrate are. A similar Structure is under the term "TEMPOS" (Tunable Electronic Material with Pores On Semiconductor), for example, from WO 2004/109807 A2. In the TEMPOS structure it is a parameterized semiconductor composite structure with at least one semiconductor substrate with selectable p or n doping and electrical conductivity and an adjacent planar layer of one electrically low conductive material having substantially vertically integrated doping channels, in which is an electrically conductive Material with selectable electrical conductivity is introduced, wherein charge carriers migrate in the semiconductor composite structure, and an electrical Contacting several on the layer of an electric low-conductivity material and the semiconductor substrate disposed electrodes. It can the doping channels as nanoscale pores with selectable Distribution in the layer of an electrically conductive material as well as selectable Pore diameter, pore depth and pore shape be formed. Farther is with the introduced into the pores or with another, electrically conductive but high impedance material also the surface the layer of an electrically conductive material so that a selectable one electrical resistance is generated, which is a substantially horizontal Migration of the charge carriers between two on the layer of an electrically conductive material arranged spaced from each other, structured upper electrodes, between those by selectable Creation of different potentials generates a selectable potential profile is prevented, but a substantially vertical migration the charge carrier in the semiconductor composite structure to one on the semiconductor substrate arranged, structured lower electrode supports. A Such TEMPOS structure shows a particularly pronounced and thereby controllable by the most diverse parameters electrically anisotropic Behavior.

Auch bei der Verwendung des porösen und entsprechend beschichteten Dielektrikums aus der TEMPOS-Struktur als Sensormaterial im magnetoresistiven Sensor werden die Ladungsträger, die sich üblicherweise in axialer Richtung längs der Poren- oder Röhrchenwandung bewegen, in Spiralbahnen gezwungen werden, welche in der Röhrchenwandung liegen, wodurch sich der elektrische Widerstand erhöht. Eine messbare Änderung dieses elektrischen Parameters unter Anliegen eines veränderlichen Magnetfeldes tritt bei diesen Strukturen allerdings erst dann auf, wenn sie in einem Arbeitsbereich lokalen negativen differenziellen Widerstands betrieben werden. Analog dazu wird in der WO 2004/109807 A2 eine so genannte „NERPOS"-Struktur (NEgative Resistance of Pores in Oxide on Semiconductors) ausführlich beschrieben.Also when using the porous and correspondingly coated dielectric from the TEMPOS structure As sensor material in the magnetoresistive sensor, the charge carriers, the usually in the axial direction along the pore or tube wall move, be forced into spiral tracks, which in the tube wall lie, which increases the electrical resistance. A measurable change this electrical parameter under the concern of a variable Magnetic field only occurs in these structures, however, if they are in a workspace local negative differential Resistor operated. Analogously, in WO 2004/109807 A2 a so-called "NERPOS" structure (NEgative Resistance of Pores in Oxide on Semiconductors).

Insbesondere wird ein negativer differenzieller Widerstand durch ein hohes Aspektverhältnis der Poren mit einer großen Länge bei einem geringen Durchmesser und durch eine Wahl von Metall- oder Chalkopyrit-Clustern (beispielsweise Ag- oder CdS-Nanopartikel) in den Poren und auf der Oberfläche der die Poren umgebenden dielektrischen Schicht erreicht. Der magnetoresistive Effekt derartiger elektrisch anisotrop leitender Materialien mit lokalen negativen differenziellen Widerständen kann direkt für Sensorzwecke ausgenutzt werden. Hierzu muss das Material lediglich beidseitig elektrisch kontaktiert werden. Die messbare elektrische Widerstandsänderung bei Anlegen eines veränderlichen Magnetfeldes kann dann als Sensor-Signal benutzt werden.Especially becomes a negative differential resistance due to a high aspect ratio of the pores with a big one Length at a small diameter and by a choice of metal or chalcopyrite clusters (For example, Ag or CdS nanoparticles) in the pores and on the surface reaches the dielectric layer surrounding the pores. The magnetoresistive Effect of such electrically anisotropic conductive materials with Local negative differential resistors can be directly for sensor purposes be exploited. For this, the material must only be two-sided be contacted electrically. The measurable electrical resistance change when applying a variable magnetic field can then be used as a sensor signal.

Das Ersatzschaltbild des magnetoresistiven Sensors mit einem elektrisch anisotrop leitenden Sensormaterial nach Art der bekannten NERPOS-Struktur besteht aus einem steuerbaren elektrischen Widerstand, der parallel zu einem Kondensator geschaltet ist. Eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes bedeutet bei gleich bleibend anliegender Spannung eine Reduktion des Ladungsträgerabflusses pro Zeiteinheit, mithin also eine Erhöhung der am Kondensator anliegenden Ladung und damit eine Vergrößerung der Kapazität. Deshalb können alternativ zur Widerstandsmessung auch die kapazitiven Eigenschaften des elektrisch anisotrop leitenden Materials zur Magnetfeldmessung ausgenutzt werden. Letztere können über einen Schwingkreis mit einer Spule und einem parallelen Kondensator (LC-Kette) in eine Frequenzänderung umgewandelt werden, welche dann mit extremer Genauigkeit registriert werden kann. Die Feldstärke des zu detektierenden magnetischen Felds kann somit durch resistive oder kapazitive Elemente erfasst werden.The equivalent circuit of the magnetoresistive sensor with an electrically anisotropic conductive sensor material of the type known NERPOS structure consists of a controllable electrical resistance, which is connected in parallel with a capacitor. An increase in the electrical resistance means a constant voltage applied to a reduction of the charge carrier discharge per unit time, thus an increase in the charge applied to the capacitor and thus an increase in the capacity. Therefore, as an alternative to the resistance measurement, the capacitive properties of the electrically anisotropic conductive material can also be utilized for measuring the magnetic field. The latter can be converted via a resonant circuit with a coil and a parallel capacitor (LC chain) into a frequency change, which can then be registered with extreme accuracy. The field strength of the magnetic field to be detected can thus be detected by resistive or capacitive elements.

Als zweite die Dimensionierung des Nanophons nach der Erfindung wesentlich beeinflussende Komponente sind die Tauchmagneten anzusehen. Diese werden erfindungsgemäß von einer schwingfähigen, freitragenden Membran mit integrierten konischen Nanomagneten gebildet, wobei die kleineren Durchmesser der konischen Nanomagneten vor dem magnetoresistiven Sensor angeordnet sind. Dabei können die Nanomagnete auf unterschiedliche Weise in die Membran integriert sein. Bevorzugt kann die schwingfähige, freitragende Membran als dielektrische Trägerschicht in einem Substrat aus einem halbleitenden Material gehaltert sein. Die integrierten Nanomagnete werden dann durch in konische Ionenspurkanäle eingebrachtes ferromagnetischem Material gebildet, wobei die konischen Ionenspurkanäle durchgängig oder einseitig geschlossen in die dielektrische Trägerschicht geätzt sein können. Dabei zeigen die kleineren Durchmesser der konischen Ionenspurkanäle auf die Unterseite der freitragenden Membran. Diese kann bevorzugt aus einer Oxidschicht oder aus einer Polymerschicht bestehen. Das ferromagnetische Material in den Poren kann Nickel sein oder dieses zumindest enthalten.When second, the sizing of the nanophone according to the invention essential influencing component are to be considered the submersible magnets. These are inventively of a oscillatory, self-supporting membrane formed with integrated conical nanomagnets, where the smaller diameter of the conical nanomagnets before the magnetoresistive Sensor are arranged. It can the nanomagnets are integrated into the membrane in different ways be. Preferably, the oscillatory, self-supporting membrane as a dielectric carrier layer be held in a substrate of a semiconductive material. The integrated nanomagnets are then inserted through conical ion track channels formed ferromagnetic material, wherein the conical ion track channels throughout or be etched closed on one side into the dielectric support layer can. The smaller diameters of the conical ion track channels point to the Bottom of the cantilevered membrane. This may preferably consist of a Oxide layer or consist of a polymer layer. The ferromagnetic Material in the pores may be nickel or at least contain it.

Derartige Nanomagnete können auch allgemein zur Anregung von Magnetsensoren und für magnetische Schreib-Lese-Köpfe verwendet werden.such Nanomagnets can also generally for the excitation of magnetic sensors and for magnetic Read-write heads be used.

Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für das Nanophon nach der Erfindung umfasst folgende Verfahrensschritte:

I. Herstellen eines Substrats,
II. Aufbringen einer schwingfähigen dielektrischen Trägerschicht auf der Vorderseite des Substrats,
III. Einbringen zumindest einer Fensteröffnung in das Substrat von dessen Rückseite her, sodass im Bereich der Fensteröffnungen die dielektrische Trägerschicht als freitragende Membran ausgebildet wird,
IV. senkrechtes Bestrahlen der freitragenden Membran mit hochenergetischen Schwerionen zur Erzeugung latenter Ionenspuren,
V. Ätzen der latenten Ionenspuren in der freitragenden Membran zu durchgängigen oder einseitig geschlossenen, konischen Ionenspurkanälen von der Oberseite der freitragenden Membran her bei stabiler Temperatur und unter stetigem Umrühren des Ätzmittels,
VI. senkrechtes Aufdampfen eines ferromagnetischen Materials in die konischen Ionenspurkanäle unter Anlegen eines parallel zu den Ionenspurkanälen ausgerichteten magnetischen Felds und
VII. Einbringen des kontaktierten magnetoresistiven Sensors in der Fensteröffnung im Substrat möglichst nahe an die Unterseite der freitragenden Membran

A preferred production method for the nanophone according to the invention comprises the following method steps:

I. producing a substrate,
II. Applying a vibratable dielectric support layer on the front side of the substrate,
III. Introducing at least one window opening into the substrate from its rear side, so that in the region of the window openings the dielectric carrier layer is formed as a self-supporting membrane,
IV. Perpendicular irradiation of the self-supporting membrane with high-energy heavy ions to produce latent ion traces,
V. etching the latent ion traces in the cantilever membrane to continuous or closed on one side, conical ion trace channels from the top of the cantilever membrane forth at a stable temperature and with constant stirring of the etchant,
VI. perpendicular vapor deposition of a ferromagnetic material in the conical ion track channels under application of a parallel to the ion track channels aligned magnetic field and
VII. Introducing the contacted magnetoresistive sensor in the window opening in the substrate as close to the underside of the cantilevered membrane

Dabei kann bevorzugt der Verfahrensschritt II durch eine trockene oder feuchte Oxidation des Substrats mit oder ohne Zufügung weiterer chemischer Komponenten oder durch Auftragen einer Polymer- oder Photolackschicht erfolgen. Der Verfahrensschritt III kann durch maskengestützte Lithographie erfolgen. Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass in Verfahrensschritt IV das Bestrahlen der freitragenden Membran in vorgegebenen Membranbereichen durch Photolithographie oder durch eine blendengestützte Strukturierung des bestrahlenden Ionenstrahls erfolgt. Schließlich können die konischen Ionenspurkanäle in ihrem Öffnungswinkel durch Wahl der hochenergetischen Schwerionen in Verfahrensschritt IV und/oder Wahl des Ätzmittels in Verfahrensschritt V veränderbar ausgebildet werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich weiterer Ausführungsdetails auf den speziellen Beschreibungsteil verwiesen.there can preferably process step II by a dry or wet oxidation of the substrate with or without addition of others chemical components or by applying a polymer or Photoresist layer done. The process step III can by mask-based Lithography done. Furthermore, it may be preferable to in method step IV, the irradiation of the self-supporting membrane in predetermined membrane areas by photolithography or by a dazzling Structuring of the irradiating ion beam takes place. Finally, the conical ion track channels in their opening angle Choice of high-energy heavy ions in process step IV and / or Choice of the etchant changeable in method step V. be formed. To avoid repetition will be with respect to further design details refer to the special description part.

Die Funktionsweise des Nanophons nach der Erfindung ist nun folgende: Auf Grund der konischen Form der Nanomagnete ist die magnetische Feldstärke an deren Spitze am größten; diese Spitze ist dem magnetischen Sensormaterial direkt gegenübergestellt, sodass jenes von der maximalen magnetischen Feldstärke in den konischen Tauchmagneten getroffen wird. Die Feldstärke nimmt etwa mit 1/r² ab, wobei r der Abstand der Tauchmagnetspitze zum magnetoresistiven Sensor ist. Bewegen sich die Tauchmagnete, so ändert sich also die magnetische Feldstärke im magnetoresistiven Sensor und folglich auch der dort registrierte Strom. Die Änderung der Position der Tauchmagnete wird durch die Schwingung der freitragenden Membran hervorgerufen, in die die Tauchmagnete eingebettet sind. Je mehr Tauchmagnete eingesetzt werden, umso größer wird das insgesamt resultierende Signal und damit die Ansprech- und Verstärkungsempfindlichkeit des Nanophons nach der Erfindung. Das Nanophon nach der Erfindung kann im Prinzip sehr klein gebaut werden. Im Extremfall reicht ein nanodimensionierter Tauchmagnet mit einem Durchmesser von einigen 10 nm bis 100 nm; die freitragende Membran kann dann im μm-Bereich dimensioniert sein. Mit einem derartigen Nanophon kann extrem hochfrequenter Ultraschall gemessen werden, was eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten zulässt.The mode of operation of the nanophone according to the invention is as follows: Due to the conical shape of the nanomagnets, the magnetic field strength at its tip is greatest; this tip is directly opposite the magnetic sensor material so that that of the maximum magnetic field strength in the conical submersible magnets is hit. The field strength decreases approximately with 1 / r ² , where r is the distance of the submersible magnetic tip to the magnetoresistive sensor. If the immersion magnets move, then the magnetic field strength in the magnetoresistive sensor changes, and consequently also the current registered there. The change in the position of the submersible magnets is caused by the vibration of the cantilevered membrane in which the submersible magnets are embedded. The more submersible magnets are used, the greater the overall resulting signal and thus the response and amplification sensitivity of the nanophone according to the invention. The nanophone according to the invention can in principle be made very small. In extreme cases, a nanometer-sized submersible magnet with a diameter of a few 10 nm to 100 nm is sufficient; the self-supporting membrane can then be dimensioned in the micron range. With such a nanophone extremely high-frequency ultrasound can be measured, which allows a variety of applications.

Ausführungsbeispieleembodiments

Eine Ausbildungsform des Nanophons nach der Erfindung und seine bevorzugte Herstellung werden nachfolgend anhand der schematischen Figur näher erläutert.An embodiment of the nanophone according to the invention and its preferred preparation are described below with reference to the schematic figure explained in more detail.

Die Figur zeigt den schematisch den Herstellungsprozess eines Nanophons NP: In Verfahrensschritt I wird ein Substrat SS, hier eine Silizium-Scheibe, hergestellt oder zur Verfügung gestellt. Im Verfahrensschritt II wird auf die Vorderseite VS des Substrats SS eine schwingfähige dielektrische Trägerschicht TS aufgebracht (im jeweiligen Verfahrensschritt nicht erläuterte Bezugszeichen siehe vorher gehende Verfahrensschritte). Im gewählten Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch einseitiges Oxidieren der Vorderseite VS des Substrats SS, sodass eine Oxidschicht (Siliziumoxid) vorgegebener Dicke erzeugt wird. Hierbei kann die Dotierung des Silizium-Substrates SS beliebig gewählt werden. Die Art der Oxidation (trockene Oxidation, feuchte Oxidation) ist ebenfalls frei wählbar und richtet sich nach der gewünschten Struktur der Oxidschicht als Trägerschicht TS. Alternativ kann an Stelle der Siliziumdioxidschicht als Trägerschicht TS auch entweder eine Schicht aus Siliziumoxinitrid oder ähnlichen dielektrischen Materialien z.B. per Plasma-Deposition auf das Silizium-Substrat SS aufgebracht werden. Alternativ kann auch eine dielektrische Schichtaus einem geeigneten Polymer (Photolack, Polyimid usw.) auf das Silizium-Substrat SS aufgetragen werden.The FIG. 1 shows schematically the manufacturing process of a nanophone NP: In method step I, a substrate SS, here a silicon wafer, made or available posed. In method step II is on the front VS of Substrate SS an oscillatory dielectric carrier layer TS applied (not explained in the respective process step reference numerals see previous process steps). In the selected embodiment, this is done by one-sided oxidation of the front side VS of the substrate SS, so that an oxide layer (silicon oxide) of predetermined thickness is generated becomes. Here, the doping of the silicon substrate SS arbitrary chosen become. The type of oxidation (dry oxidation, wet oxidation) is also freely selectable and depends on the desired Structure of the oxide layer as a carrier layer TS. Alternatively, instead of the silicon dioxide layer as a carrier layer TS also either a layer of silicon oxynitride or the like dielectric materials e.g. by plasma deposition on the silicon substrate SS are applied. Alternatively, a dielectric layer can also be made a suitable polymer (photoresist, polyimide, etc.) on the silicon substrate SS are applied.

Im Verfahrensschritt III wird in das Substrat SS von dessen Rückseite RS her zumindest eine Fensteröffnung FG eingebracht. Durch das Vorsehen der Fensteröffnung FG wird die dielektrische Trägerschicht TS im Bereich der Fensteröffnung FG als freitragende Membran FM ausgebildet. Das Einbringen der Fensteröffnung FG kann beispielsweise mit Hilfe einer vorgewählten Maske durch konventionelle lithographische Verfahren erfolgen. Das Lithographieverfahren muss hierbei so ausgewählt werden, dass zwar das Substrat SS, nicht aber die freitragende Membran FM aufgelöst wird. Im Ausführungsbeispiel ist ein Fensteröffnung FG zur Platzierung eines magnetoresistiven Sensors MRS vorgesehen. Je nach Anwendungsfall des Nanophons können auch mehrere Fensteröffnungen FG in unterschiedlichen Anordnungen und Geometrien mit jeweils dahinter angeordneten magnetoresistiven Sensoren MRS oder einem gemeinsamen magnetoresistiven Sensor MRS vorgesehen sein.in the Process step III is inserted into the substrate SS from the back side thereof RS ago at least one window opening FG introduced. By providing the window opening FG, the dielectric backing TS in the area of the window opening FG designed as a self-supporting membrane FM. The introduction of the window opening FG can, for example, by means of a preselected mask by conventional lithographic processes take place. The lithography process must selected here be that, although the substrate SS, but not the self-supporting membrane FM dissolved becomes. In the embodiment is a window opening FG for placement of a magnetoresistive sensor MRS provided. Depending on the application of the Nanophon can also have multiple window openings FG in different arrangements and geometries with each behind arranged magnetoresistive sensors MRS or a common be provided magnetoresistive sensor MRS.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt IV wird die freitragende Membran FM senkrecht mit hochenergetischen Schwerionen bestrahlt, sodass latente Ionenspuren IS entstehen. Diese werden anschließend im Verfahrensschritt V zu durchgängigen oder einseitig geschlossenen, konischen Ionenspurkanälen KSK von der Oberseite OS der freitragenden Membran FM her geätzt, sodass die größeren Durchmesser der konischen Ionenspurkanäle KSK auf der Oberseite OS der freitragenden Membran FM liegen. Dabei wird das Substrat SS durch das Ätzen nicht angegriffen. Der Öffnungswinkel der konischen Ionenspurkanälen KSK kann innerhalb gewisser Grenzen durch die Wahl der Sorte und Energie der hochenergetischen Schwerionen sowie durch die Wahl des Ätzmittels maßgeschneidert werden. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass das die freitragende Membran FM anätzende Mittel nicht das Substrat SS angreift. Das ist bei den üblichen Ätzmitteln (z.B. 3% HF für das Anätzen von Siliziumoxyd, 40% HF für das Anätzen von Siliziumoxinitrid, NaOCL für das Anätzen von Polyimid, bzw. NaOCl-Lösung bei pH-10 für das Anätzen von Polyimid) gegeben. Um eine homogene Ätzung zu erhalten, muss die Ätzung bei stabiler Temperatur und unter stetigem Umrühren erfolgen.in the Subsequent process step IV is the self-supporting membrane FM irradiated vertically with high-energy heavy ions, so latent ion traces IS arise. These are then in the Process step V to pass through or closed-end, conical ion track channels KSK etched from the top side OS of the cantilevered diaphragm FM, so that the larger diameter the conical ion track channels KSK lie on the top OS of the self-supporting membrane FM. there The substrate SS is etched by etching not attacked. The opening angle the conical ion track channels KSK can, within certain limits, by choosing the variety and Energy of high-energy heavy ions and by the choice of the etchant custom become. Care must be taken that this is the self-supporting membrane FM caustic Agent does not attack the substrate SS. That's the usual etchants (e.g., 3% HF for the etching of silicon oxide, 40% HF for the etching of silicon oxynitride, NaOCL for the etching of polyimide, or NaOCl solution at pH 10 for the etching of Polyimide). To obtain a homogeneous etching, the etching must be at stable temperature and with constant stirring.

Im anschließenden Verfahrenschritt VI wird ein ferromagnetisches Material FT, beispielsweise Nickel oder eine Nickelverbindung, in die konischen Ionenspurkanäle KSK unter Anlegen eines parallel zu den Ionenspurkanälen ausgerichteten magnetischen Felds MF eingebracht, sodass sich die elementaren magnetischen Dipole in Richtung der Ionenspurkanäle KSK ausrichten und die passende magnetische Orientierung erhalten. Durch diesen Verfahrensschritt VI ist eine schwingfähige Membran FM mit konischen Nanomagneten KNM als Tauchmagneten TA für das Nanophon NP fertig gestellt worden. Bei der Auslegung der freitragenden Membran FM ist darauf zu achten, dass sie aufgrund einer hohen Elastizität den eintreffenden Schall optimal in eine mechanische Bewegung umwandelt und keine Eigenschwingungen im Messbereich haben darf. Im letzten Verfahrensschritt VII wird dann zur Fertigstellung des Nanophons NP in die Fensteröffnung FG im Substrat SS ein kontaktierter magnetoresistiver Sensor MRS möglichst nahe an die Unterseite US der freitragenden Membran FM und damit an die schwingfähigen konischen Nanomagnete KNM eingebracht.in the subsequent Process step VI becomes a ferromagnetic material FT, for example Nickel or a nickel compound, in the conical ion track channels KSK below Applying a magnetic field aligned parallel to the ion track channels MF introduced so that the elementary magnetic dipoles in the direction of the ion track channels Align KSK and get the proper magnetic orientation. By this method step VI is a vibratable membrane FM with conical nanomagnets KNM as submersible magnets TA for the nanophone NP completed. When designing the self-supporting membrane Care should be taken to ensure that they arrive due to their high elasticity Sound converts optimally into a mechanical movement and no May have natural oscillations in the measuring range. In the last procedural step VII is then completed to complete the nanophone NP in the window opening FG in the substrate SS a contacted magnetoresistive sensor MRS as possible close to the underside of the US cantilever membrane FM and so on to the oscillatory conical Nanomagnets KNM introduced.

Der in der Figur gezeigte magnetoresistive Sensor MRS – in einer Schnittvergrößerung herausgezogen – verfügt über einen anisotropen Magnetwiderstand zur Detektion eines magnetischen Feldes. Dazu weist er ein elektrisch anisotrop leitendes oder halbleitendes Sensormaterial SM mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit in einer Vorzugsrichtung VR auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das elektrisch anisotrop leitende oder halbleitende Sensormaterial SM aus einem elektrisch gering leitenden Trägermaterial TM, in dem in Richtung der Vorzugsrichtung VR Ionenspuren IS mit einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit angeordnet sind. Somit ergibt sich eine vertikale Vorzugsrichtung VR. Gezeigt ist eine Vielzahl paralleler Ionenspuren IS gleicher Ausbildung, sodass sich eine Signalverstärkung ergibt. Die Ionenspur IS kann latent in dem Trägermaterial TM vorhanden und durch eine beispielsweise durch Ionenbestrahlung erzeugte Materialumwandlung des Trägermaterials TM in ein leitendes oder halbleitendes Material definiert sein. Sie kann aber auch durch Ätzen einer zuvor durch Ionenbestrahlung erzeugten latenten Ionenspur IS als Nanoröhrchen ausgebildet und anschließend mit einem leitenden oder halbleitenden Material LHM ausgefüllt werden. Die Form der geätzten Ionenspur IS erfolgt in Abhängigkeit von den Ätzparametern und kann beispielsweise zylindrisch (wie in der Figur dargestellt) oder konisch mit veränderlichem Konuswinkel ausgebildet sein.The magnetoresistive sensor MRS shown in the figure - pulled out in an enlarged section - has an anisotropic magnetoresistor for detecting a magnetic field. For this purpose, it has an electrically anisotropic conductive or semiconductive sensor material SM with a high electrical conductivity in a preferred direction VR. In the exemplary embodiment shown, the electrically anisotropic conductive or semiconductive sensor material SM consists of an electrically low-conductivity carrier material TM, in which in the direction of the preferred direction VR ion traces IS are arranged with an increased electrical conductivity. This results in a vertical preferred direction VR. Shown is a plurality of parallel ion tracks IS of the same design, so that there is a signal gain. The ionic track IS may be present latently in the carrier material TM and by an example The material conversion of the carrier material TM produced by ion irradiation may be defined as a conductive or semiconducting material. However, it can also be formed as a nanotube by etching a latent ion trace IS previously generated by ion irradiation and then filled with a conductive or semiconducting material LHM. The shape of the etched ion track IS takes place as a function of the etching parameters and can be, for example, cylindrical (as shown in the figure) or conical with a variable cone angle.

Liegt nur eine elektrische Spannung V in einem elektrischen Feld EF längs der (halb)leitenden Vorzugsrichtung VR zwischen einer oberen Kontaktfläche OKF und einer unteren Kontaktfläche UKF am Sensormaterial SM an und tritt kein magnetisches Feld MF auf, werden längs der elektrischen Spannung V die Ladungsträger e^– im elektrischen Feld EF bevorzugt durch das Gebiet niedrigsten elektrischen Widerstandes, d.h. durch die leitenden oder halbleitenden Ionenspuren IS geführt. Wird nun an das Sensormaterial SM gleichzeitig mit dem elektrischen Feld EF ein magnetisches Feld MF – durch die Bewegung der konischen Nanomagnete KNM in der durch auftreffende Schallwellen zum Schwingen angeregten freitragenden Membran FT – parallel zum elektrischen Feld EF in Vorzugsrichtung angelegt, so wirkt auf die Ladungsträger e^– neben dem elektrischen Feldgradienten noch zusätzlich die senkrecht dazu ausgerichtete magnetische Lorentzkraft. Diese zwingt die Ladungsträger e^– in Spiralbahnen. Ist die lateral anliegende Lorentzkraft durch die Stärke des auftretenden Magnetfeldes MF genügend groß, so werden die Ladungsträger e^– spiralförmig aus dem leitenden oder halbleitenden Material LHM der Ionenspur IS herausgedrängt und in das die Ionenspur IS elektrisch gering leitende Trägermaterial TM mit einer bedeutsam geringere Leitfähigkeit hineingedrängt. Dadurch erhöht sich der Widerstand des Sensormaterials SM messbar. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel zeigt sich dieser messbare Effekt jedoch nur dann deutlich, wenn der Arbeitsbereich des magnetoresistiven Sensors MRS optimal in einem Gebiet mit einem lokal negativen differenziellen elektrischen Widerstand liegt. Dieses Arbeitsgebiet kann insbesondere durch die Wahl eines hohen Aspektverhältnisses (Länge zu Durchmesser) der Ionenspuren IS und des die Ionenspuren IS füllenden leitenden oder halbleitenden Materials LHM erzeugt werden.If only an electrical voltage V in an electric field EF along the (semi) conductive preferred direction VR between an upper contact surface OKF and a lower contact surface UKF on the sensor material SM and occurs no magnetic field MF, are along the electrical voltage V, the charge carriers e ^{- In} the electric field EF preferably through the region of lowest electrical resistance, that is guided by the conductive or semiconducting ion traces IS. If a magnetic field MF is simultaneously applied to the sensor material SM simultaneously with the electric field EF - by the movement of the conical nanomagnets KNM in the cantilevered membrane FT excited by oscillating sound waves - parallel to the electric field EF in the preferred direction, the charge carrier acts e ^{- in} addition to the electric field gradient in addition to the perpendicular aligned magnetic Lorentz force. This forces the charge carriers e ^- in spiral paths. If the laterally applied Lorentz force is sufficiently large due to the strength of the occurring magnetic field MF, then the charge carriers e ^- spirally are forced out of the conductive or semiconductive material LHM of the ionic track IS and into which the ion track IS electrically low-conductive carrier material TM with a significantly lower conductivity is forced , As a result, the resistance of the sensor material SM increases measurably. In the selected embodiment, however, this measurable effect only becomes apparent if the working range of the magnetoresistive sensor MRS is optimally located in an area with a locally negative differential electrical resistance. This field of work can be generated in particular by the choice of a high aspect ratio (length to diameter) of the ion traces IS and of the ion traces IS filling conductive or semiconducting material LHM.

Das Ersatzschaltbild für den magnetoresistiven Sensor MRS besteht aus einem steuerbaren elektrischen Widerstand, der parallel zu einem Kondensator geschaltet ist. Eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes bedeutet bei gleich bleibend anliegender Spannung eine Reduktion des Abflusses der Ladungsträger e^– pro Zeiteinheit, mithin also eine Erhöhung der am Kondensator anliegenden Ladung und damit eine Vergrößerung dessen Kapazität. Deshalb können alternativ zu einer Widerstandsmessung zur Magnetfelddetektion auch die kapazitiven Eigenschaften des elektrisch anisotrop leitenden oder halbleitenden Materials HLM zur Magnetfeldmessung ausgenutzt werden. Die kapazitiven Eigenschaften können über einen Schwingkreis mit einer Spule und einem parallelen Kondensator (LC-Kette) in eine Frequenzänderung umgewandelt werden, welche dann mit extremer Genauigkeit registriert werden kann.The equivalent circuit diagram for the MRS magnetoresistive sensor consists of a controllable electrical resistor connected in parallel with a capacitor. An increase in the electrical resistance means a constant voltage applied to a reduction of the outflow of the charge carriers e ^- per unit time, thus an increase in the charge applied to the capacitor and thus an increase in its capacity. Therefore, as an alternative to a resistance measurement for magnetic field detection, the capacitive properties of the electrically anisotropic conductive or semiconductive material HLM can also be utilized for measuring the magnetic field. The capacitive properties can be converted into a frequency change via a resonant circuit with a coil and a parallel capacitor (LC chain), which can then be registered with extreme accuracy.

e^– e ^-: Ladungsträgercharge carrier
EFEF: elektrisches Feldelectrical field
FGFG: Fensteröffnungwindow opening
FMFM: freitragende Membrancantilevered membrane
FTFT: ferromagnetisches Materialferromagnetic material
ISIS: latente Ionenspurlatent ion track
KNMKNM: konischer Nanomagnetconical Nano magnet
KSKKSK: konischer Ionenspurkanalconical Ion track channel
LHMLHM: leitendes oder halbleitendes Materialconducting or semiconducting material
MFMF: magnetisches Feldmagnetic field
MRSMRS: magnetoresistiver Sensormagnetoresistive sensor
NPNP: NanophonNanophon
OKFOKF: obere Kontaktflächeupper contact area
OSOS: Oberseite Membrantop membrane
RSRS: Rückseite Substratback substratum
SMSM: Sensormaterialsensor material
TATA: Tauchmagnetsolenoid
SSSS: Substratsubstratum
MM: Trägermaterialsupport material
TSTS: Trägerschichtbacking
UKFUKF: untere Kontaktflächelower contact area
USUS: Unterseite Membranbottom membrane
VV: elektrische Spannungelectrical tension
VRVR: Vorzugsrichtungpreferred direction
VSVS: Vorderseite Substratfront substratum

Claims

Schallsensor nach dem Tauchspulprinzip mit einem von einem elektrischen Feld durchdrungenen magnetoresistiven Sensor zur Detektion eines magnetischen Felds und dem Sensor gegenüberliegenden Tauchmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial (SM) des magnetoresistiven Sensors (MRS) ein elektrisch anisotrop leitendes oder halbleitendes Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit in einer Vorzugsrichtung (VR) ist und das elektrische Feld (EF) und das magnetische Feld (MF) an das Sensormaterial (SM) längs der Vorzugsrichtung (VR) angelegt sind, wobei die Feldstärke des zu detektierenden magnetischen Felds (MF) durch resistive oder kapazitive Elemente erfasst wird, und dass die Tauchmagneten (TA) von einer schwingfähigen, freitragenden Membran (FM) mit integrierten konischen Nanomagneten (KNM) gebildet wird, wobei die kleineren Durchmesser der konischen Nanomagneten (KNM) vor dem magnetoresistiven Sensor (MRS) angeordnet sind.Sound sensor according to the Tauchspulprinzip with a penetrated by an electric field magnetoresistive sensor for detecting a magnetic field and the sensor opposite submersible, characterized in that the sensor material (SM) of the magnetoresistive sensor (MRS) an electrically anisotropic conductive or semiconductive material with a high electrical Conductivity in a preferred direction (VR) and the electric field (EF) and the magnetic field (MF) are applied to the sensor material (SM) along the preferred direction (VR), wherein the field strength of the magnetic field (MF) to be detected by resistive or capacitive elements is detected, and that the submersible magnets (TA) of an oscillatable, self-supporting membrane (FM) with integrated conical nanomagnet (KNM) is formed is, with the smaller diameter of the conical nanomagnets (KNM) in front of the magnetoresistive sensor (MRS) are arranged.

Schallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch anisotrop leitende oder halbleitende Material als Verbundmaterial aus einem elektrisch gering leitenden Trägermaterial (TM) und einer im Trägermaterial (TM) in der Vorzugsrichtung (VR) angeordneten leitenden oder halbleitenden Komponente ausgebildet ist.Sound sensor according to claim 1, characterized that the electrically anisotropic conductive or semiconductive material as a composite material of an electrically low-conductivity carrier material (TM) and one in the carrier material (TM) arranged in the preferred direction (VR) conductive or semiconducting Component is formed.

Schallsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende oder halbleitende Komponente von latenten oder geätzten und mit einem leitenden oder halbleitenden Material (LHM) gefüllten, durchgängigen oder einseitig geschlossenen Ionenspuren (IS) gebildet ist.Sound sensor according to claim 2, characterized that the conductive or semiconducting component of latent or etched and continuous or filled with a conductive or semiconductive material (LHM) one-sided closed ion traces (IS) is formed.

Schallsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich des Sensors (MRS) in einem Gebiet mit einem lokal negativen differenziellen elektrischen Widerstand liegt, das durch die Wahl eines hohen Aspektverhältnisses der Ionenspuren (IS) und des die Ionenspuren (IS) füllenden Materials (LHM) erzeugt ist.Sound sensor according to claim 3, characterized that the working range of the sensor (MRS) in an area with a local negative differential electric resistance is located, that by choosing a high aspect ratio of ion traces (IS) and of the ion traces (IS) filling material (LHM) is generated.

Schallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das resistive Element als steuerbarer Widerstand mit veränderlichem Widerstandswert oder das kapazitive Element als Schwingkreis mit veränderlicher Frequenz ausgebildet ist.Sound sensor according to one of claims 1 to 4, characterized that the resistive element as a controllable resistor with variable resistance or the capacitive element as a resonant circuit with variable Frequency is formed.

Schallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingfähige, freitragende Membran (FM) als dielektrische Trägerschicht (TS) in einem Substrat (SS) aus einem halbleitenden Material gehaltert ist und die integrierten Nanomagnete (KNM) durch in konische Ionenspurkanäle (KSK) eingebrachtes ferromagnetischem Material (FT) gebildet sind, wobei die konischen Ionenspurkanäle (KSK) durchgängig oder einseitig geschlossen in die dielektrische Trägerschicht (TS) geätzt sind.Sound sensor according to one of claims 1 to 5, characterized that the oscillatory, cantilevered Membrane (FM) as a dielectric carrier layer (TS) in a substrate (SS) is made of a semiconductive material and the integrated nanomagnets (KNM) by ferromagnetic introduced into conical ion track channels (KSK) Material (FT) are formed, with the conical ion track channels (KSK) continuously or closed on one side in the dielectric support layer Etched (TS) are.

Schallsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die freitragende Membran (FM) aus einer Oxidschicht oder aus einer Polymerschicht besteht.Sound sensor according to claim 6, characterized that the self-supporting membrane (FM) from an oxide layer or out a polymer layer.

Schallsensor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material (FT) Nickel ist oder enthält.Sound sensor according to one of claims 6 or 7, characterized the ferromagnetic material (FT) is or contains nickel.

Verfahren zur Herstellung eines Schallsensors nach dem Tauchspulprinzip mit einem von einem elektrischen Feld durchdrungenen magnetoresistiven Sensor zur Detektion eines magnetischen Felds und dem Sensor gegenüberliegenden Tauchmagneten, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte I. Herstellen eines Substrats (SS), II. Aufbringen einer schwingfähigen dielektrischen Trägerschicht (TS) auf der Vorderseite (VS) des Substrats (SS), III. Einbringen zumindest einer Fensteröffnung (FG) in das Substrat (SS) von dessen Rückseite (RS) her, sodass im Bereich der Fensteröffnungen (FG) die dielektrische Trägerschicht (TS) als freitragende Membran (FM) ausgebildet wird, IV. senkrechtes Bestrahlen der freitragenden Membran (FM) mit hochenergetischen Schwerionen zur Erzeugung latenter Ionenspuren (IS), V. Ätzen der latenten Ionenspuren (IS) in der freitragenden Membran (FM) zu durchgängigen oder einseitig geschlossenen, konischen Ionenspurkanälen (KSK) von der Oberseite (OS) der freitragenden Membran (FM) her bei stabiler Temperatur und unter stetigem Umrühren des Ätzmittels, VI. senkrechtes Aufdampfen eines ferromagnetischen Materials (FT) in die konischen Ionenspurkanäle (KSK) unter Anlegen eines parallel zu den Ionenspurkanälen ausgerichteten magnetischen Felds (MF) und VII. Einbringen eines kontaktierten magnetoresistiven Sensors (MRS) in der Fensteröffnung (FG) im Substrat (SS) möglichst nahe an die Unterseite (US) der freitragenden Membran (FM).Method for producing a sound sensor according to the Tauchspulprinzip with a penetrated by an electric field Magnetoresistive sensor for detecting a magnetic field and opposite the sensor Submersible magnets, according to one of claims 1 to 8, characterized by the following process steps I. Preparation of a substrate (SS), II. Application of an oscillatable dielectric carrier layer (TS) on the front side (VS) of the substrate (SS), III. bring at least one window opening (FG) into the substrate (SS) from its back (RS), so that in Area of the window openings (FG) the dielectric support layer (TS) is designed as a self-supporting membrane (FM), IV. Vertical Exposure of self-supporting membrane (FM) to high energy Heavy ions for generating latent ion traces (IS), V. etching the latent ion traces (IS) in the self-supporting membrane (FM) to pass through or closed-end, conical ion track channels (KSK) from the top (OS) of the self-supporting membrane (FM) at stable temperature and with constant stirring the etchant, VI. vertical vapor deposition of a ferromagnetic material (FT) in the conical ion track channels (KSK) under application of a parallel to the Ionenspurkanälen aligned magnetic field (MF) and VII. Introduction of a contacted magnetoresistive sensor (MRS) in the window opening (FG) in the substrate (SS) preferably close to the bottom (US) of cantilevered membrane (FM).

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt II durch eine trockene oder feuchte Oxidation des Substrats (SS) mit oder ohne Zufügung weiterer chemischer Komponenten oder durch Auftragen einer Polymer- oder Photolackschicht erfolgt.Method according to claim 9, characterized in that that process step II by a dry or wet oxidation of the substrate (SS) with or without the addition of other chemical components or by applying a polymer or photoresist layer.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt III durch maskengestützte Lithographie erfolgt.Method according to claim 10, characterized in that that process step III is carried out by mask-assisted lithography.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt IV das Bestrahlen der freitragenden Membran (FM) in vorgegebenen Membranbereichen durch Photolithographie oder durch eine blendengestützte Strukturierung des bestrahlenden Ionenstrahls erfolgt.Method according to claim 10 or 11, characterized in method step IV, the irradiation of the self-supporting membrane (FM) in predetermined membrane areas by photolithography or through an aperture-based Structuring of the irradiating ion beam takes place.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Ionenspurkanäle (KSK) in ihrem Öffnungswinkel durch Wahl der hochenergetischen Schwerionen in Verfahrensschritt IV und/oder Wahl des Ätzmittels in Verfahrensschritt V veränderbar ausgebildet werden.Method according to one of claims 9 to 12, characterized that the conical ion track channels (KSK) in their opening angle by choosing the high-energy heavy ions in process step IV and / or choice of etchant changeable in method step V. be formed.