DE1766912A1

DE1766912A1 - Elektromechanisches Filter mit magnetischer Anregung

Info

Publication number: DE1766912A1
Application number: DE19681766912
Authority: DE
Inventors: Engeler William Ernest; Marvin Garfinkel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1968-08-10
Publication date: 1971-09-23
Also published as: GB1238034A; US3517349A

Description

DL-feg. Wilhelm Eeicüei FianJrfuit/Main-l

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GMEKAL ELEGTRIG COMPANY, Schenectaäy, N.Y. IJ.S.A.

Elektromechänisches Filter mit magnetischer Anregung

Die Erfindung "bezieht sich auf ein elektromechanisehes Filter und betrifft insbesondere ein diskretes, elektromechanisches Miniaturfilter mit magnetischer Anregung. Ferner sind Verfahren.zum' Herstellen derartiger Filter angegeben..

Elektromeehanische Filter oder Resonatoren werden im allgemeinen aus Quarzkristallen hergestellt, die derart geschnitten sind, daß sie bei elektrischer Anregung mit ihrer Resonanzfrequenz mechanische Schwingungen ausführen. Obwohl die Güte Q, die das Verhältnis der mittleren gespeicherten Leistung zur Verlustleistung während einer Periode angibt, für solche Resonatoren ziemlich hoch ist, haben diese Resonatoren Δ auch eine Reihe von Nachteilen. Zum einen sind nämlich Quarzkristalle sehr kostspielig und zum anderen äußerst schwierig zu bearbeiten. Außerdem sind Resonatoren dieser Art sehr groß und benötigen eine besondere Halterung. Weiterhin belastet die Ausgangsschaltung eines Quarzresonators oder irgendeiner anderen piezoelektrischen Anordnung die Eingangsschaltung.

Vor kurzen} sind zwei andere elektromechanische Filterarten bekannt geworden, Die eine Filterart enthält einen kleinen metallischen Biegeschwinger, aex auf einer Siliciumplatte befestigt ist und der in einer solchen Weise oberhalb der Steuerzone eines ?eldeffekttransiBtors angeordnet ist, daß

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er als Steuerelektrode arbeitet. Der stabförmige Biegeschwinger wird kapazitiv vom Substrat angeregt. Die Schwingungen des Biegestabs modulieren eine Spannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors, so daß dieser Traneistor ein entsprechend moduliertes AusgangesIgnal liefert. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß das Ausgangesignal nicht linear ist.

Die zweite elektromechanisch« Filterart verwendet einen Biegestab aus Silicium, der auf einem Substrat befestigt ist. Die Ausgangseinrichtung dieser Anordnung ist piezoresistiv und damit linear. Die Erregung erfolgt auf thermische Weise, und zwar dadurch, daß man die in einem Widerstand erzeugte Wärme zur Wärmeausdehnung von gewissen Teilen des Stabes benutzt. Bei geeigneter Wahl der Frequenz kann der Stab zu Schwingun- . gen angeregt werden. Dieses elektromechanisohe Filter ist jedoch nur für niedrige Frequenzen geeignet.

Eine Möglichkeit zur Schaffung eines elektrooechanischen Filters besteht darin, das Filter in monolithischem Silicium auszubilden, und zwar als integrierte Schaltung oder als Bauelement in einer integrierten Schaltung. Das gesamte Filter, einschließlich des Resonatorgliedes, kann aus einem einzigen Halbleiterkristall hergestellt werden und auf einer einzigen Halbleiterplatte zusammen mit der zugehörigen integrierten Schaltung angeordnet sein.

Eine weitere Möglichkeit zur Schaffung einee elektromechanischen Filters besteht darin, das Filter entweder in monolithischer Bauform in Silicium oder als diskretes Element auszubilden. Dieses Filter kann einen freitragenden Resonator aufweisen, der durch ein magnetisches Feld angeregt wird. Dabei kann ein dehnungsabhängiges Widerstandselement In integrierter Bauweise in einem Stütz- oder Halterungsbereich dee

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freitragenden Resonators angeordnet sein, um die im Resonator auftretende Dehnung oder Verformung festzustellen oder zu messen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein diskretes elektromechanisches Filter zu schaffen, dessen Ausgangssignal linear von der Dehnung des Resonators abhängt, so daß durch daa Filter keine Oberwellen erzeugt werden. Ferner soll die Eingangsschaltung durch die Ausgangsschaltung nicht belastet werden. Das Frequenzband und die Ausgangsimpedanz sollen dabei über große Bereiche frei wählbar sein. Weiterhin soll das elektromechanische Filter einen Halbleiterresonator aufweisen, der an einem starren Grundkörper befestigt und in einer Biegeschwingungsform angeregt werden soll.

Dies wird bei einem elektromechanischen Filter der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß in einem aus starren Wänden gebildeten Grundkörper ein Hohlraum vorgesehen ist, daß der Grundkörper in einem magnetischen Feld mit etwa konstanter Feldstärke angeordnet ist, daß ein Halbleiterresonator derart auf der oberen Wandoberfläche des Grundkörpers befestigt ist, daß der Resonator den Hohlraum überbrückt, daß ein Isoliermittel in Längsrichtung auf dein Resonator aufgebracht ist, daß ein stromleitendes Material im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes in Längsrichtung auf dem Isoliermittel aufgebracht ist und daß eine mit dem Resonator integrierte piezoresistive Abgabe- oder Ausgangseinrichtung auf die mechanischen Schwingungen des Resonators anspricht und aufgrund dieser Schwingungen ein elektrisches Signal liefert, dessen Amplitude und Frequenz der Amplitude und Frequenz der mechanischen Schwingung des Resonators proportional ist.

Nach der Erfindung wird daher ein elektromechanisches Miniaturfilter geschaffen, dessen Resonatorstab in der Biegeschwingungs-

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form magnetisch angeregt wird. Ein Ausgangewandler mit einem dehnungsabhangigen Widerstandselement ist in integrierter Bauweise zur Wahrnehmung der Dehnung, also zum Angeben der Verformung des Resonatorgliedes im Filter vorgesehen. Da das vom Widerstandselement gelieferte Ausgangssignal linear von der Resonatordehnung abhängt, werden von dem Filter keine Harmonischen oder Oberwellen erzeugt. Der zur Verfügung stehende Frequenzbereich ist durch geeignete Wahl der Resonatorabmessungen, der Schwingungsart und der angeregten Harmonischen sehr groß und reicht von 10 bis 10 Hz. Dabei werden sowohl Audio- als auch VideoZwischenfrequenzen umfaßt. Die Ausgangsschaltung ist von der Eingangsschaltung vollkommen entkoppelt, so daß die Ausgangsschaltung die Eingangsschaltung nicht belastet. Die Ausgangsimpedanz ist nahezu frei wählbar. Da der Ausgangswandler in integrierter Bauweise mit dem Resonatorglied ausgebildet ist, tritt an den Anschlußstellen zwischen dem Resonator und dem Wandler keine Signaldämpfung auf.

Das elektromechanische Filter nach der Erfindung wird mit einem Wechselstrom gespeist, der in Gegenwart eines magnetischen Feldes, das entweder von einem Dauermagnet oder von einem Elektromagnet erzeugt wird, dem mechanischen Resonator des elektromechanischen Filters zugeführt wird. Der dem Resonator zugeführte Wechselstrom hat keine Wirkung, wenn die Wechselstromfrequenz nicht in das Frequenzdurchlaßband des mechanischen Resonators fällt. Wenn die Eingangsfrequenz des Wechselstromes in das Durchlaßband des Resonators fällt, dann beginnt der Resonator mechanisch zu schwingen, und zwar mit einer Amplitude, die von der EingangsIeistung und von der Güte Q des Resonators abhängt. Das Frequenzdurchlaßband des Schwingungs- oder Resonatorgliedes wird durch die geometrischen Abmessungen des Resonators und durch die Elastizitätseigenschaften des Materials bestimmt, aus dem der Resonator hergestellt ist.

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Das elektrische Ausgangssignal kann man an einer piezoresistiven Zone abnehmen, die in eine Oberfläche des Resonators eindiffundiert ist. Der Ort oder die Stelle der eindiffundierten Widerstandezone ist derart gewählt, daß das Ausgangssignal so groß wie möglich ist# Wenn der Resonator schwingt, dann ändert sich der Widerstand der eindiffundierten Widerstandszone. Daher kann man ein elektrisches Ausgangesignal erzeugen, das der Amplitude der Dehnung in der Widerstandszone proportional ist. Da sich die Dehnung im eindiffundierten Widerstand in Abhängigkeit von jt der Zeit sinusförmig ändert, entsteht ein wechselstrommäßiges ^ Ausgangsβignal. Dieses Signal wird dadurch so groß wie möglich gemacht, daß der eindiffundierte Meß- oder Ausgangswiderstand an Stellen angeordnet ist, an denen maximale Dehnungen oder Verfornungsänderungen auftreten und daß die Orientierung des Widerstandes in bezug auf die Kristallachse des Halbleiters richtig gewählt ist. Bei einer uniaxialen Dehnung in einfachen Biegeschwingern aus Silicium sollte bei einer F-leitenden Ausgangewider stands zone die Längsachse der eindiffundierten Widerstands zone und des Resonators in Richtung einer <111> -Kristallachse und bei einem N-leitenden Ausgangswiderstand in Richtung einer <100^ -Kristallachae gewählt werden. Dabei werden bei geringen Verunreinigungsgraden Dehnungsfaktoren von etwa 130 ■ bzw. 130 erzielt. Für kompliziertere Resonatorausgestaltungen sollte die maximale uniaxiale Dehnung und die eindiffundierte Widerstandβzone in Richtung einer <111> -Achse für einen P-leitenden Ausgangswiderstand und in Richtung einer < 100">-Achse für einen N-leitenden Ausgangewiderstand gewählt werden. Der Dehnungs- oder K-Faktor ist das Verhältnis der auf den ursprünglichen Widerstand bezogenen Widerstandsänderung in der als Meßwmndler benutzten eindiffundierten Widerstandszone zur gleichförmigen Dehnung des Biegeschwingungsglledes.

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Ausführungsformen der Erfindung sollen an Hand von Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist die Ansicht eines nach der Erfindung ausgeführten, diskreten elektromechanischen Filters mit seiner Eingangs- und Ausgangsschaltung.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte A elektromechanische Filter länge der Linie 2-2*.

Fig. 2A ist eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines Filters nach der Erfindung.

Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Filter enthält einen starren oder unbiegsamen Grundköder 10 aus einer monokristallinen oder polykristallinen Halbleiterplatte oder aus Keramik. Der Grundkörper 10 weist eine Höhlung oder einen Hohlraum 11 auf. Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht der Grundkörper 10 ^ aus einem keramischen Material, beispielsweise aus Aluminiumoxyd oder aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. Derartige Mischungen sind als Mullit bekannt. Die Wärmeausdehnung von Mullit ist in dem beim Herstellen des Filters durchlaufenen Temperaturbereich der Wärmeausdehnung von Silicium ähnlich. Mullit kann von McDanel Refractory Porcelain Company, Beaver Falls, Pennsylvania, USA, bezogen werden. Ein im allgemeinen aus Silicium bestehender Halbleiterstab 12 ist an seinen beiden Enden mit den oberen Wandoberflächen des Grundkörpers 10 mittels metallisierter Bereiche 15 verbunden. Wenn es sich um einen P-leitenden Stab 12 handelt, wie es bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist, dann ist die Achse

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des Stabee in Richtung einer<100>-Kristallachse ausgerichtet. Eine N-leitende Widerstandszone ist längs derselben<100>-Achse eindiffundiert, um den Dehnungs- oder K-Paktor so groß wie möglich zu isachen, Palla es sich um einen N-leitenden Stab handelt, dann ist die Längsrichtung dieses Stabes mit einer<111 ]>-Krist*llachse ausgerichtet und eine in diesem Pail P-leitende Widerstandszone ist aus den gleichen Gründen wie oben längs derselben <111> -Achse eindiffundiert. Eine piezoresistive Zone 13, die zum Poststellen oder Anzeigen der Dehnung oder der Verformung dient, ist in die Unterseite des Halbleiterstabes 12 eindiffundiert. An den beiden Enden der Zone 13 befindet sich jeweils ein verbreiterter Bereich 14, der verhindern soll, daß Verformungen angegeben oder gemessen werden, die in den Endabschnitten des Stabes 12 den Widerstand der piezoresistiven Zone in entgegengesetzter Richtung ändern, als es im Bereich maximaler Dehnung oder maximaler Verformung im mittleren Teil des Stabes 12 der Pail ist. Anstelle der verbreiterten Bereiche 14 kann man aber auch an den Enden der Zone 13 die Breite beibehalten und eine größere Diffusionstiefe vorsehen. Die obere Oberfläche des Siliciumstabes 12 ist mit einer Isolierschicht 16, beispielsweise aus Siliciumdioxid, beschichtet. Die Isolierschicht 1-6 ist mit einem metallischen Leiter 17, beispielsweise mit Molybdän oder Aluminium, überzogen.

Der leitende Metallüberzug 17 ist an den beiden Enden des Stabes 12, beispielsweise über Wärmedruckverbindungen 23, mit einer Eingangssignalquelle 19 und einem damit in Reihe geschalteten Strombegrenzungswiderstand 20 verbunden. Eine mit einem Strombegrenzungswiderstand 22 in Reihe geschaltete Gleichspannungsquelle 21 ist, beispielsweise über Wärmedruckverbindungen 24, an die metallisierten Bereiche 15 und damit an die eindiffundierten Zonen 13 und 14 angeschlossen. Vorzugsweise werden dafür Golddrähte verwendet, um die Herstellung der Warmedruckver-

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bindungen zu erleichtern. An einer Ausgangsklemme 26 werden die an Widerstand 22 auftretenden Ausgangssignale abgenommen. Bar Gleichepannungsquelle 21 ist ein Kondensator 25 parallelgesohaltet, der die von der piezoresistiven, eindiffundierten Zone 13 kommenden Ausgangseignale hinsichtlich der GleichspannungBquelle 21 kurzschließt. Die gesamte Anordnung ist in einen magnetischen Feld angeordnet, das entweder von einem Dauermagneten oder von einem Elektromagneten stammt. Das Magnetfeld verläuft senkrecht zur Längsrichtung des Halbleiterstabes 12, wie es durch Pfeile in Pig. 1 angedeutet ist. Bei der Pig. 2 ist das Magnetfeld senkrecht zur Papierebene gerichtet, was durch das Symbol (§) angedeutet ist.

Infolge der Wechselwirkung des durch die Metallschicht 17 fließenden Stromes mit dem Magnetfeld konstanter Stärke wird eine sich periodisch ändernde Kraft au'f den Stab 12 ausgeübt, so daß der Stab 12 mit einer Frequenz schwingt, die von der Frequenz der Eingangssignalquelle 19 abhängt. Die Schwingungsamplitude des Stabes 12 ist klein, wenn die Frequenz der Eingangssignalquelle 19 mit der Resonanzfrequenz des Stabes nicht übereinstimmt. Wenn hingegen die Frequenz der Eingangssignalquelle und die Resonanzfrequenz des Stabes gleich sind, dann treten sehr große Schwingungsamplituden auf. Unter diesen Bedingungen schwingt der Stab in seiner Biegeschwingungsform. Bei der Grundfrequenz dieser Schwingungsform tritt in der Mitte des Stabes die maximale Dehnung auf. Dabei liegen auf beiden Seiten des Stabes an um etwa 20$ der Stablänge vom innersten Stützpunkt des Stabes nach innen versetzten Stellen Knotenpunkte. In diesen äußeren, etwa 20$ langen Stabteilen hat die Dehnung oder Verformung in der eindiffundierten piezoresistiven Zone des Stabes das entgegengesetzte Vorzeichen oder die entgegengesetzte Richtung als im mittleren Teil des Stabes. Die verbreiterten Bereiche an den Enden der piezoreeistiven Zone wirken wegen ihres im

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Vergleich sun mittleren !Teil der Zone beträchtlich geringeren Widerstandes derart, daß die entgegengesetzt gerichtete Dehnung den äufleren Seilen des Stabes nicht wahrgenommen oder gewird. Me Amplitude dee Ausgangssignals wird in erster .U₄J^v durch den dehnungsabhängigen Widerstand in der schmalen pieeoreeietiven Zone 13 bestimmt. Die geringfügigen Widerstandsin den verbreiterten, äußeren piezoresistiven Zonen

unbedeut end.

, ^ ,Jif Sttb 12 iet aus einer aonokristallinmn Halbleiterplatte, beispielsweise aus einer Silioiumplatte, mit den gewünschten L#itun«»typ hergestellt. Im vorliegenden lall ist der Halbleiter-

2 B-leitend. Die piezoresistive Zone oder Fiezowider-Ia«one auf der unteren Oberfläche des Stabes 12 kann eine unterechitdllohe Diffusionstiefe aufweisen, die derart ist, daß Wideretand vor allem in solchen Zonen angeordnet ist, in in die Dehnung des Stabes jeweils gleiches Vorzeichen hat. wird die Halbleiterplatte thermisch oxydiert, das auf diese

gebildete Oxid nach einem Jotogravierverfahren mit einem ;er versahen und danach Verunreinigungen eindiffundiert, um te einer 100 -Kristallachse eine piezoreeistive Zone vom •flfctgegengeseteten Leitungstyp zu bilden. An denjenigen Stellen, lit Siliciumdioxid überzogen sind, wird der Diffusionsvorbehindirt. In den anderen Bereichen entsteht eine sehr

Diffui

ion» Auf diese Weise kann nan eine Widerstandszone

»it in Längerichtung unterschiedlichen spezifischem Widerstand bilden. Stattdessen kann man auch die Diffusionstiefe längs der gesamten Länge dee Stabes konstant halten und breitere Bereiche an solchen 3tellen vorsehen, bei denen der spezifische Wideretand wesentlioh geringer sein soll. In beiden Fällen wird die Leitfähigkeit der eindiffundierten Zone in mittleren !Teil des Stabes geringer gewählt. Dae vom Halbleiterstab abgenommene Signal wird daher im wesentlichen von diesen mittleren (Teil bestimmt.

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Der Siliciumstab kann mittels eines UltraschälIschneidverfahrens von der P-leitenden Platt» abgeschnitten werden. Er kann aber auch durch einen chemischen Ätzvorgang von der Platte abgetrennt werden. Dabei soll der Stab längs der <100^-Kristallchse orientiert «ein. Falls es sich um eine N-leitende Platte handelt, wird der Stab längs der <111>-Kristallachse geschnitten. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der Resonator, oder die Schwingungseinrichtung nur einen einfachen Halbleiterstab· Nach den beschriebenen Verfahren können aber auch viele andere in Resonanz schwingende Bauformen hergestellt werden. Nachdem der Siliciumstab abgeschnitten ist, werden die Kanten vorzugsweise geätzt, um durch den SchneidVorgang hervorgerufene mechanische Beschädigungen zu entfernen. Als nächstes wird auf dem Siliciumstab, beispielsweise durch thermische Oxydation oder pyrolytische Zersetzung, die Isolierschicht 16 aufgebracht, die vorzugsweise Siliciumdioxid enthält. Auf der Isolierschicht 16 wird die leitende Metallschicht 17 entweder aufgesprüht oder aufgedampft. Anschließend wird der Stab 12 an dem starren Grundkörper 10 befestigt. Der zur Halterung des Halbleiteretabes dienende Grundkörper 10 erlaubt es, daß außer den mechanischen Verbindungen auch noch die elektrischen Verbindungen Bit dem Halbleiterstab einfach hergestellt werden können.

Der Grundkörper 10 besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material, beispielsweise Mullit oder Aluminiumoxid. Zum Befestigen des Halbleiterstabes 12 an dem keramischen Grundkörper 10 werden zunächst die erwünschten Zonen oder Bereiche des Grundkörpers 10 nach einem herkömmlichen Seidenrasterdruckoder Siebdruckverfahren mit Molybdäntrioxid überzogen. Anschließend wird der Grundkörper 10 in einer Wasserstoffatmosphäre auf 1300 ⁰C erhitzt* Als nächstes wird Silber mit 10% Zinn bei 810 ⁰C geschmolzen, um mit dem erhitzten Molybdäntrioxid eine Legierung zu bilden. Um einen ohmsohen Kontakt zur

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H-leitenden piezoresistiven, eindiffundierten Zone herzustellen, enthält daß aus Silber und Zinn bestehende Metallisiermaterial geringe Menge eines N-Ie it enden Dotiermittels, beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon. Bei einem N-leitenden Siliciumstab wäre die piezoresistive, eindiffundierte Zone P-leitend und das Metallisiermaterial aus Silber und Zinn würde eine geringe Menge eines P-leitenden Dotiermittele enthalten, beispielsweise Indium, Aluminium oder Gallium, um einen ohmschen Kontakt zur P-leitenden eindiffundierten Zone herzustellen. Der fertigbehandelte Halbleiterstab 12 wird derart angebracht, daß er den Hohlraum 11 überbrückt. Der Stab 12 wird mit demselben Metallisiermaterial aus Silber und Zinn, das die denselben Leitungstyp bestiamenden Verunreinigungen enthält, legiert, indem das Material am Stab in einer Wasserstoffatmosphäre bis über die eutektische Temperatur hinaus auf etwa 750 ⁰C erhitzt wird, um einen ohmschen Kontakt zum N-leitenden Material der eindiffundierten piezoresistiven Zone herzustellen. Dabei entsteht gleichzeitig ein sperrender oder isolierender PN-Übergang an solchen Stellen, bei denen die metallisierende Legierung die P-leitende Zone des Stabes durchdringt. Schließlich werden noch mittels eines Wärmedruckverfahrens Golddrähte an den Silber und Zinn enthaltenden metallisierten Zonen 15 und an beiden Enden dor Metallschicht 17 befestigt.

Obwohl das obige Herstellungsverfahren an Hand eines keramischen Grundkörpers 10 beschrieben ist, kann der Grundkörper auch aus einem Halbleiter, beispielsweise Silicium, bestehen. In diesem Fall ist das Verfahren zum Verbinden des Stabes 12 mit dem Grundkörper 10 im wesentlichen das gleiche wie bei einem Grundkörper aus Keramik. Allerdings wird kein Molybdäntrioxid aufgebracht und der Verfahrensschritt, bei dem die Silber-Zinn-Legierung bei 810 ⁰C geschmolzen wird, um mit dem Molybdäntrioxid eine Legierung zu bilden, wird weggelassen. Das Anbringen der

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Drähte kann in der gleichen Weise gesohehen wie bei den Grundkörper aus Keramik. Abweichend davon können aber auch die Zuleitungen in die obere Wandoberfläche an den entgegengesetzten Seiten des Grundkörpers 10 unterhalb des Stabes 12 eindiffundiert werden, um einen ohmschen Kontakt mit dem Stab über das Metallisiermaterial aus Silber und Zinn herzustellen. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2A gezeigt. Dabei sind ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Einen geringen spezifischen Widerstand aufweisende, eindiffundierte Zonen 27 auf der oberen Wandoberfläche des Grundkörperβ 10 dienen dann als Leitungsdrähte, die zu den anderen Teilen der beispielsweise in Fig. 1 dargestellten Ausgangsschaltung führen. Bei der in Fig. 2A gezeigten Ausführungsform ist der Leitungstyp der eindiffundierten Zonen im Stab 12 und im Grundkörper 10 derselbe. Wenn diese Zonen N-leitend sind, wie es hier der Fall ist, dann enthält die metallisierte Zone 15 eine geringe Menge Antimon, um den ohmschen Kontakt herzustellen. Bei P-leitenden eindiffundierten Zonen enthält die metalliesierte Zone 15 beispielsweise eine geringe Menge von Gallium.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei sind eine U-förmige, piezoresistive eindiffundierte Zone 30 und eine Metallschicht 32 auf der oberen Oberfläche des Stabes 12 aufgebracht. Die Metallschicht 32 ist durch eine Isolierschicht 31, beispielsweise aus Siliciumioxid, vom Silicium des Stabes 12 getrennt. Der Stab 12 ist mittels der bereits beschriebenen Silber-Zinn-Legierung mit der oberen Wandoberfläche des Grundkörpers 10 verbunden. In dieser Legierung, die die Zonen oder Bereiche 33 bildet, brauchen allerdings keine N-leitenden oder P-leitenden Dotiermittel enthalten sein, da durch diese Legierung kein ohmscher Kontakt zu einem N-leitenden oder P-leitenden Material hergestellt werden soll. Im vorliegenden i"all dient die Legierung lediglich zur mechanischen

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Verbindung, also zum Befestigen des Stabes am Grundkörper. Die Eingangskontakte 34 zur Metallschicht 32 und die Ausgangskontakte 35 von der piezoresistiven eindiffundierten Zone 30 sind vorzugsweise herkömmliche Wärmedruckverbindungen mit. Golddrähten. : Die Eingangs- oder Anregungsschaltung und die Ausgangsschaltung elnd den in Pig. 1 gezeigten Schaltungen ähnlich. Die gesamte Anordnung wird ebenfalls von einem magnetischen PeId durchsetzt, L und zwar senkrecht zur Längsrichtung des Stabes 12, wie es durch !. Pfeile angezeigt ist. Die Arbeitsweise der in Pig. 3 gezeigten

Anordnung ist derjenigen nach der Pig. 1 und 2 ähnlich. Die _£. pieeoresistive Zone ist ebenfalls innerhalb des mit der Metallic schicht 32 gekoppelten Magnetfeldes angeordnet. Um infolge der ;·, Bewegung der piezoresistiven Zone gegenüber dem Magnetfeld in = der Zone induzierte Spannungen auszugleichen, ist die resistive : Zone bifilar oder U-förmig ausgebildet. Die Ausgangsspannung - _; an der Ausgangeklemme 26 ist daher lediglich eine Punktion der

Dehnung. Die U-förmige Zone erstreckt sich vorzugsweise über ;. die halbe oder über vier Pünftel der länge des Stabes 12.

_n- Saoh der Erfindung wird also ein diskretes elektromechanischen filter geschaffen, dessen Ausgangssignal linear von der Dehnung dee Biegeechwingers abhängt, um die Erzeugung von Oberwellen durch das filter zu vermeiden. Die Ausgangsschaltung belastet nicht die Eingangsschaltung, und der Wert der Ausgangsimpedanz kann innerhalb eines großen Bereiches gewählt werden. Das Beschriebene filter, das magnetisch erregt wird, hat einen HaIbleiterresonator, der an einem starren Grundkörper befestigt ist und der in einer Biegeschwingungsform angeregt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektromechanisches Filter, dadurch gekennzeichnet , daß in einem aus starren Wänden gebildeten Grundkörper (10) ein Hohlraum (11) vorgesehen ist, daß der Grundkörper in einem magnetischen PeId mit etwa konstanter Peldetärke angeordnet ist, daß ein Halbleiterresonator (12) derart auf der oberen Wandoberfläche des Grundkörpers befestigt ist, daß der Resonator den Hohlraum überbrückt, daß ein Isolierroittel (16; 31) in Längsrichtung auf dem Resonator aufgebracht ist, daß ein stromleitendes Material (17; 32) im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes in Längsrichtung auf dem Isoliermittel aufgebracht ist und daß eine mit dem Resonator integrierte piezoresistive Abgabe- oder Ausgangseinrichtung (13,14; 13,14,27; 30,35) auf die mechanischen Schwingungen des Resonators anspricht und aufgrund dieser Schwingungen ein elektrisches Signal liefert, dessen Amplitude und Frequenz der Amplitude und Frequenz der mechanischen Schwingung des Resonators proportional ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Isoliermittel (31) auf einer Oberfläche des Halbleiterresonators (12) aufgebracht ist, daß die piezoresistive Ausgangseinrichtung eine in diese Oberfläche des Halbleiterresonators (12) eindiffundierte Zone (30) aufweist und daß der Leitungstyp des Halbleiterresonators und der eindiffundierten Zone entgegengesetzt sind.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Isoliermittel (16) auf einer Oberfläche des Halbleiterresonators (12) aufgebracht ist, daß"die piezoresistive Ausgangseinrichtung eine in die der oben genannten Oberfläche des Halbleiterresonators gegenüberliegende Oberfläche eindiffundierte Zone (13) aufweist und daß der Leitungstyp des Halbleiterresonators und der eindiffundierten Zone entgegenge-

setzt sind. !09839/0461

4. Filter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterresonator (12) an der oberen Wandoberfläche des Grundkörpers (10) mittels einer Legierung befestigt ist, die Silber, Zinn und entweder ein P-leitendes oder ein N-leitendes Dotiermittel enthält, beispielsweise Antimon oder Gallium*

5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet·, daß der Halbleiterresonator (12) Silicium und das Isoliermittel ein Oxid von Silicium enthält und daß das stromleitende Material als Metallschicht ausgebildet ist.

6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Grundkörper (10) und der Halbleiterresonator (12) dasselbe Halbleitermaterial enthalten.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitermaterial Silicium enthält.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Silicium des Resonators (12) an der oberen Oberfläche des Siliciums vom Grundkörper (10) mittels einer Legierung befestigt ist, die Silber und Zinn enthält.

9. Filter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das Silioium des Resonators (12) an der oberen Oberfläche des Siliciums vom Grundkörper (10) mittels einer Legierung befestigt ist, die entweder ein P-leitendes oder ein N-leitendes Dotiermittel enthält, und daß das Silicium des Grundkörpers eine Zone (27) mit einem niedrigen spezifischen Widerstand aufweist, die in die obere Wandoberfläche des Grundkörpers eindiffundiert ist und mit Bereichen des Resonators einen elektrischen Kontakt herstellt.

10. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Grundkörper (10) keramisches Material enthält.

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11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Halbleiterresonators (12) Silicium und daß das keramische Material Aluminiumoxid oder Mullit enthält.

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Silicium des Resonators (12) mit dem keramischen Material des Grundkörpers (10) mittels einer Legierung verbunden ist, die Molybdäntrioxid, Silber und Zinn enthält.

13. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterresonator (12) mit der oberen Wandoberfläche des Grundkörpers (10) mittels einer Legierung verbunden ist, die Silber und Zinn enthält.

14. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die piezoresistive Ausgangseinrichtung (30) bifilar ausgebildet ist und auf diese Weise induzierte Spannungen unwirksam macht, die im wesentlichen durch eine senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes erfolgende Bewegung in der piezoresistiven Ausgangseinrichtung erzeugt werden.

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