DE3630368C2

DE3630368C2 -

Info

Publication number: DE3630368C2
Application number: DE3630368A
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Tachikawa Tokio/Tokyo Jp Ikeda; Tetsuya Musashino Tokio/Tokyo Jp Watanabe; Yasushi Fuchu Tokio/Tokyo Jp Higashino
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-10-13
Also published as: GB8620782D0; GB2180691A; GB2180691B; JPS6263828A; US4841775A; DE3630368A1; JPH0518050B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungswandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der GB-15 88 669 (entsprechend JP-OS 55-26 487) ist ein Wandler mit Schwingbalken aus einem Halbleiter beschrieben, der im folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert ist. Die Fig. 1 und 2 zeigen diesen Wandler in perspektivischer Darstellung bzw. in Auf sicht. Ein Silizium-Substrat 1 wird dabei lokal in bestimmten Bereichen (zwei als Ansätze oder Vorsprünge 12 zurückbleibenden Bereichen und als Schwingbalken 14 zurückbleibenden Bereichen) mit Bor in einer Dichte von 4 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder mehr dotiert und in einem als Rahmen 10 zurückbleibenden Abschnitt maskiert. Sodann wird das Silizium-Substrat anisotrop in einer wäßrigen Lösung aus Brenzkatechin und Diaminsäure geätzt, um den Rahmen 10, die Vorsprünge 12, eine Trennwand 13 und die Schwingbalken 14 auszubilden. Die Schwingbalken 14 befinden sich dabei auf der Oberseite der Vorsprünge.

Fig. 3 veranschaulicht den Wandler in Teilschnittdarstellung. Die Schwingbalken 14 sind mit Abstand zum Boden 21 des Wand lers angeordnet, wobei auf diesem Boden eine Wandler-Treiber elektrode 22, eine Abnehmerelektrode 23 und eine Schutzelek trode 24 angeordnet sind. Wenn der Wandler als Druckmeßfühler eingesetzt wird, wird ein Ende von ihm bzw. sein Rahmen an einer zu messenden Druckquelle angebracht.

Da im Silizium-Substrat 1 durch Fremdatom-Dotierung mit Bor in einer Dichte von 4 × 10¹⁹ Atome/cm³ eine p⁺-Schicht mit einer Tiefe von 1 µm ausgebildet ist, ist der bisherige Schwingungswandler mit folgenden Nachteilen behaftet:

1. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Silizium- und Boratome entsteht eine Gleitlinie oder -ebene durch einen Gitterfehler, wodurch sich die mechani schen und elektrischen Eigenschaften des Kristalls ver schlechtern. Infolgedessen ist der Wandler mit einer großen Restspannung behaftet, während sein Temperatur koeffizient variiert. Es ist somit schwierig, einen Wand ler herzustellen, der hoch empfindlich ist und zuverlässig arbeitet.
2. Da für die Injektionsdichte der Fremdatome ein Grenzwert besteht, können
- a) eine pn-Flächendiode oder ein -transistor zur Erfassung einer Verformung im Wandler nicht ausge bildet werden,
- b) ein MOSFET oder ein Puffer im Wandler nicht erzeugt werden, auch wenn ein piezoelektrischer Film zum Schwin genlassen der Schwingbalken durch elektrolytische Ab scheidung aufgebracht wird, und
- c) ein piezoelektrischer Widerstand zur Erfassung einer Verformung der Schwingbalken im Wandler nicht aus gebildet werden.

In der EP 00 60 185 A 1 ist ein Schwingungswandler be schrieben, bei dem ein Schwingbalken mit einem Silizium substrat an einer Unterlage durch Schmelzen angebracht ist. Ein ähnlicher, aus mehreren Teilen bestehender Schwingungswandler ist auch aus der US-PS 43 72 173 be kannt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schwingungs wandlers, der aus möglichst wenig Bauteilen besteht und gegen Störeinflüsse abgeschirmt ist, so daß er äußerst empfindlich, zuverlässig und mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einem Schwingungswandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 10.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines bisherigen Schwingungswandlers,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Wandler nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht des Wandlers nach Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines als Druck meßfühler verwendeten Schwingungswandlers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines in Fig. 4 angedeuteten Abschnitts A des Schwingungs wandlers,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 5,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Schwingen lassen eines Schwingbalkens und zum Erfassen oder Abgreifen der Schwingung des Schwingbalkens beim Schwingungswandler nach Fig. 4,

Fig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines Abschnitts (entsprechend dem Abschnitt A in Fig. 4) eines Schwingungswandlers gemäß einer zweiten Aus führungsform der Erfindung,

Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer an den Schwingungs wandler nach Fig. 8 angeschlossenen elektrischen Schaltung,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einem Strom und einer Spannung für den Fall, daß sich ein Schwingbalken in einer Diode (E) gemäß Fig. 9 verformt,

Fig. 11 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittan sicht eines Abschnitts (entsprechend dem Abschnitt A gemäß Fig. 4) eines Schwingungswandlers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 eine Schnittansicht eines als Freiträger verwendeten Schwingungswandlers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13 ein Schaltbild eines Schwingkreises für den Schwingungswandler nach Fig. 12,

Fig. 14 eine (schematische) Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15(a) und 15(b) schematische Darstellungen einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 16 eine Aufsicht auf einen Abschnitt (entsprechend dem Abschnitt A in Fig. 4) eines Schwingungswand lers gemäß einer siebten Ausführungsform der Er findung sowie ein Schaltbild einer an den Schwin gungswandler angeschlossenen elektrischen Schaltung,

Fig. 17(a) und 17(b) Schaltbilder für die Anordnung nach Fig. 16,

Fig. 18 eine perspektivische Darstellung eines Schwingungs wandlers gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 19 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ätzen eines Silizium-Substrats,

Fig. 20 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines anderen Verfahrens zum Ätzen eines Silizium- Substrats,

Fig. 21 eine graphische Darstellung der Wellenform einer anzulegenden pulsierenden Spannung und

Fig. 22 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines abgewandelten Verfahrens zum Ätzen eines Silizium- Substrats.

Die Fig. 1 bis 3 sind eingangs bereits erläutert worden.

Die Fig. 4 bis 7 veranschaulichen einen Schwingungswandler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dabei ent hält ein Silizium-Einkristall 30 (als Substrat) des p-Typs Fremdatom(e) in einer Dichte von 10¹⁵ oder 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger. Eine Membran 31 ist durch Ätzen des Silizium- Substrats 30 ausgebildet. Auf der Oberfläche der Membran 31 ist durch Fremdatomdotierung in einer Dichte von 10¹⁷ bis 10¹⁸ Atome/cm³ lokal eine n⁺-Diffusionsschicht 32 ausgebil det. Die p-Schicht der Membran 31 ist, mit Ausnahme eines Flächenteils der n⁺-Diffusionsschicht 32, unterätzt, so daß ein aus einer n⁺-Schicht bestehender Schwingbalken oder -stab 34 gebildet ist, der sich über einer Ausnehmung 35 befindet und sich auf zwei beabstandeten Punkten abstützt. Piezoelektrische Elemente 36, 36 a (aus z. B. ZnO) sind in der Nähe der Abstützpunkte des Schwingbalkens 34 jeweils in Form eines dünnen Films (oder einer dünnen Schicht) einer Dicke von etwa 1 µm angeordnet. Elektroden 37, 37 a dienen dazu, die piezoelektrischen Elemente 36, 36 a schwingen zu lassen, und sind über nicht dargestellte Zuleitungen in isolierter Beziehung zur p-Schicht der Membran 31 und zum Schwinbalken 34 mit einer externen Schaltung verbunden. Eine durch chemisches Aufampfen bzw. nach dem CVD-Prozeß auf der p- Schicht der Membran 31 in einer Dicke von etwa 4 µm ausge bildete SiO₂-Schicht weist eine Öffnung oder Aussparung 33 über dem Schwingbalken 34 auf. Eine Silizium-Deckschicht 39 einer Dicke von z. B. etwa 5 µm besteht aus demselben Werk stoff wie die Membran 31. Die Deckschicht 39 und die SiO₂- Schicht 38 auf der Membran 31 werden durch anodisches Ver binden im Vakuum zum Evakuieren eines Bereichs, in welchem der Schwingbalken ausgebildet ist, miteinander verbunden.

Der Schwinbalken 34 kann beispielsweise folgende Abmessungen besitzen:

Dicke h= 2 µm Länge l= 200 µm Breite d= 5 µm

Die Beständigkeit gegenüber einem auf den Bereich, in welchem der Schwingbalken 34 ausgebildet ist, einwirkenden stati schen Druck kann durch ausreichende Vergrößerung des Verhält nisses l ₄/l ₃ der Breite 2 l ₃ der Ausnehmung gemäß Fig. 6 und der Dicke l ₄ der Silizium-Deckschicht 39 erzielt werden. Wenn beispielsweise l ₃ = 5 µm, l ₄ = 5 µm und die maximale Spannung des Siliziums 10 kg/mm² beträgt, bestimmt sich die Druckbeständigkeit oder Festigkeit Po zu:

Po = (l ₄/l ₃)² · σ _max = 1000 kg/cm².

Eine etwaige Verformung des Schwingbalkens 34 aufgrund von axial auf ihn einwirkenden phasengleichen Drücken kann durch ausreichende Verkleinerung von l ₃/R (mit R = Länge der einen Seite der Membran; vgl. Fig. 4) vernach lässigt bzw. unwirksam gemacht werden. Der Schwingbalken 34 kann nach einem photolithographischen Verfahren fein geätzt werden.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Schwingen lassen des Schwingbalkens 34 und zum Abgreifen seiner Schwin gung. Der Schwingbalken 34 wird durch das an seinem einen Ende ausgebildete piezoelektrische Element 36 a in Schwingung versetzt, und seine Schwingungsverformung (-auslenkung) wird durch das daraufhin ein Signal liefernde piezoelektrische Element 36 erfaßt oder abgegriffen. Das Signal vom piezo elektrischen Element 36 wird durch einen Verstärker 41 ver stärkt und durch eine positive Rückkopplungs- oder Mitkopp lungsschleife über ein Filter 42 zum piezoelektrischen Ele ment 36 a rückgekoppelt, um die Schaltung in die Lage zu ver setzen mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz des Schwing balkens 34 zu schwingen. Das (die) Ausgangssignal(e) des Verstärkers 41 wird (werden) durch einen Zähler 43 gezählt, und das von letzterem gelieferte Frequenzsignal wird durch einen Signalprozessor 44 verarbeitet.

Bei Festlegung des Schwingungswandlers mittels einer nicht dargestellten Fixiereinrichtung und Anlegung eines Drucks an die Membran 31 in Richtung des Pfeils P in Fig. 4 wird die Membran unter Auslenkung des Schwingbalkens 34 zwecks Änderung seiner Eigenfrequenz deformiert. Das dabei erzeugte Frequenzsignal wird zur Erfassung oder Messung der Größe des einwirkenden Drucks verarbeitet.

Die Verformungs- oder Auslenkempfindlichkeit S des Schwingungswandlers läßt sich ausdrücken zu:

S = Δ f/fo = 0,118 · (l/h) ² · ε (1)

Dabei bedeutet ε = Verformung.

Unter der Voraussetzung, daß der Schwingbalken 34 die Maße h = 2 µm und l = 200 µm besitzt, gilt:

S = 0,118 · 10⁴ · ε

Wenn e = 100 ppm, so gilt:

Δ f/fo = 0,12 (12%)

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist im Bereich der Membran 31 nur ein einziger Schwingbalken ausgebildet. Wenn ein weiterer Schwingbalken zentral in der Membran ausgebildet ist, sind die Schwingbalken jeweils Druck- bzw. Zugkräften unterworfen, so daß damit eine Differential anordnung realisiert werden kann. Die Ausgangsfrequenzen der beiden Schwingbalken werden so berechnet, daß eine von einer Temperaturänderung herrührende thermische Ver formung aufgehoben wird.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform der Schwingbalken im Vakuum in der Druckmeß-Membran ausgebildet worden ist, wird ein Schwingungswandler eines einfachen Aufbaus erhal ten, der ein Frequenzsignal zu liefern vermag, einen hohen Q-Faktor aufweist und stabil bzw. zuverlässig arbeitet.

Fig. 8 veranschaulicht einen Teil entsprechend dem Abschnitt (oder Ausschnitt) A in Fig. 4 eines Schwingungswandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Eine Membran 31 weist eine in einem Substrat 30, das dem jenigen bei der ersten Ausführungsform entspricht, ausgebildete Fremdatomdiffusions-Schicht 32 auf, deren Fremdatomdichte die selbe ist wie bei der ersten Ausführungsform. Die Diffusions schicht 32 ist zur Ausbildung einer ersten Aussparung 53 lokal auf eine bestimmte Tiefe geätzt worden. Bei der Ferti gung wird hierauf die n⁺-Diffusionsschicht der ersten Aus sparung 53 zur Ausbildung von Schlitzen geätzt, worauf die P-Schicht der Membran 31 zur Ausbildung einer zweiten Aus sparung 55 unterätzt wird, um auf diese Weise einen an seinen Enden gehalterten und aus einer n⁺-Schicht bestehenden Schwing balken 54 auszubilden. Der Schwingbalken 54 besitzt beispiels weise die folgende Abmessungen:

Dicke h= 2 µm Länge l= 200 µm Breite d= 5 µm

Eine p⁺-Schicht 56 ist durch Diffusion in einem Teil des Schwingbalkens 54, in welchem die Schwingungsverformung oder -auslenkung stattfindet, ausgebildet. Eine nicht dargestellte Zuleitung geht von der p⁺-Schicht 56 zu einer externen Schal tung in isolierter Beziehung zur p-Schicht der Membran 31 ab. Eine Silizium-Deckschicht 39 besteht aus demselben Werkstoff wie die Membran 31. Die Silizium-Deckschicht 39 und die Membran 31 werden durch anodisches Verbinden im Vakuum, um erste und zweite Aussparung 53 bzw. 55 zu evakuieren, miteinander verbunden. eine SiO₂-Schicht dient beispielsweise als Verbindungs- und Isolierelement.

Fig. 9 veranschaulicht den Wandler mit weggelassener ober seitiger Silizium-Deckschicht 39 im Schnitt und zeigt auch eine an den Wandler angeschlossene elektrische Schaltung.

Wenn eine gegenüber der Membran 31 positive Vorspannung an die n⁺-Diffusionsschicht 32 auf der Membran 31 angelegt wird, werden oder sind die p-Typ-Membran 31 und der Schwindbalken 54 gegeneinander isoliert. Durch Hinzufügung oder Überlagerung einer Wechselspannung zur Vorspannung kann auf den Schwing balken 54 eine wechselnde elektrostatische Kraft ausgeübt werden. Gleichzeitig wird eine konstante Vorspannung an die p⁺-Diffusionsschicht 56 am einen Ende des Schwingbalkens 54 angelegt, während letzterer an einem gemeinsamen Potential liegt, woraufhin ein Diodenstrom von der p⁺-Diffu sinsschicht 56 zum Schwingbalken 54 fließt. Dieser Dioden strom variiert ständig in Abhängigkeit von der auf die Diode einwirkenden Verformung. Durch Leitung des Diodenstroms über eine Rückkopplungsschleife zu einem externen Verstärker 59 kann der Schwingbalken 54 in Schwingung auf seiner Eigenfre quenz gehalten werden.

Fig. 10 zeigt einen Strom, der durch einen in Fig. 9 durch die strichpunktierte Linie umschlossenen, eine Diode E bildenden Abschnitt fließt, wobei in Fig. 10 der Strom auf der lotrech ten Achse aufgetragen ist, während eine Spannung auf der waagerechten Achse aufgetragen ist. Unter dem Einfluß der Verformung ε verschiebt sich die durch die ausgezogene Linie dargestellt V/I-Kennlinie (I) auf die durch die gestrichelte Linie angegeben V/I-Kennlinie (II), wobei der Strom bei der Spannung Vb von I ₁ auf I ₂ variiert. Fig. 10 zeigt, daß der Strom aufgrund der Verformung ε variiert, auch wenn eine Gegenvorspannung oder ein Sperrstrom anliegt.

Die Eigenfrequenz des Schwingbalkens 54 variiert mit der auf die Membran 31 einwirkenden Kraft, und seine Verformungs empfindlichkeit S läßt sich durch die für die erste Ausfüh rungsform angegebene Gleichung (1) ausdrücken.

Eine verformungsabhängige Änderung der Schwingfrequenz des Schwingbalkens 54 kann durch eine an sich bekannte, nicht dar gestellte Schwingungsmeßeinrichtung erfaßt werden.

Da beim Schwingungswandler gemäß der zweiten Ausführungsform der Schwingbalken im Vakuum in der Druckmeßmembran ausgebildet wird, können ideale Elastizitätseigenschaften erzielt und ein monolithischer Meßfühler eines hohen Q-Faktors und hoher Stabilität bzw. Zuverlässigkeit erzeugt werden.

Fig. 11 veranschaulicht in einer Ansicht entsprechend dem Abschnitt A gemäß Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Er findung nebst einer elektrischen Schaltung zum Schwingenlassen eines Schwingbalkens. Eine Membran 31 weist lokal in einem Substrat 30, das demjenigen bei der ersten Ausführungsform entspricht, durch Eindiffundieren von Fremdatomen mit einer dichte im Bereich von 10¹⁷ bis 10¹⁸ Atome/cm³ ausgebildete n⁺-Schichten 62 a, 62 a, 62 c auf. Ein kleiner, an seinen beiden Enden festgelegter Schwingbalken 63 ist durch Unterätzen der Membran 31 unterhalb der n⁺-Schicht 62 b, mit Ausnahme ihrer beiden Enden, ausgebildet. Eine SiO₂-Schicht 67 ist so ausge bildet, daß sie im wesentlichen den Mittelbereich des Schwing balkens 63 frei bzw. unbedeckt läßt. Die SiO₂-Schicht 67 be deckt zwischen den n⁺-Schichten nach außen hin freiliegende p-Schichten 65 a, 65 b und erreicht die n⁺-Schichten 62 a, 62 c, wobei sie letztere mit Ausnahme kleiner Abschnitte 69 a, 69 b derselben ebenfalls bedeckt. Auf der SiO₂-Schicht 67 ausge bildete Metallelektroden 64 a, 64 b aus z. B. Au sind an die in der SiO₂-Schicht 67 freiliegenden n⁺-Schichten 69 a, 69 b ange schlossen. Eine Glasschicht 66 ist unter Freilassung eines Bereiches über dem Schwingbalken 63 ausgebildet und bildet eine über dem Schwingbalken 63 offene Ausnehmung 71. Eine aus dem selben Werkstoff wie die Membran 31 bestehende Silizium-Deck schicht 39 ist durch anodisches Verbinden mit der Glasschicht 66 verbunden.

Die Metallelektroden 64 a, 64 b über dem Schwingbalken 63 und die den Metallelektroden 64 a, 64 b über die Ausnehmung 71 zu gewandte Silizium-Deckschicht 39 bilden einen Kondensator.

Ein durch die doppelt strichpunktierten Linien umrahmter Schwingkreis M ist als externe Schaltung oder auf dem Silizium substrat ausgebildet. Der Schwingkreis legt über Widerstände 72 a, 72 b eine Gleichstrom-Vorspannung VB zwischen die Silizium- Deckschicht 39 und die Metallelektroden 64 a, 64 b an, wobei letztere über Kondensatoren 73 a, 73 b, ein Filter 69 und einen Verstärker 74 wechselstrommäßig gekoppelt sind.

Der beschriebene Schwingungswandler bildet bei zweckmäßiger Wahl der Verstärkungsphasen des Verstärkers 74 und des Filters 69 einen positiven Rückkopplungs- oder Mitkopplungskreis, so daß der Schwingbalken 63 auf seiner Eigenfrequenz zu schwingen vermag.

Fig. 12 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform, bei welcher ein Schwingungswandler 90 als Freiträger (auskragender Bauteil) benutzt wird. In einem Silizium-Substrat 91, das dem bei der ersten Ausführungsform entspricht, ist eine Diffusionsschicht 95 ausgebildet, wobei ein freitragender oder auskragender Schwingbalken 92 durch Unterätzen, mit Ausnahme des einen Endes der Diffusionsschicht 95, ausgebildet ist. Am Ende der Diffusionsschicht 95 ist eine p-Typ-Diffusionsschicht 93 aus gebildet.

Das p-Typ-Siliziumsubstrat 91, der auskragende n-Typ-Schwing balken 92 und die p-Typ-Diffusionsschicht 93 bilden gemein sam einen pnp-Transistor. Durch Einschaltung eines emitter geerdeten Verstärkers 94 zwischen das Silizium-Substrat 91 und den auskragenden Schwingbalken 92 bildet der pnp-Transistor einen selbsterregten Schwingkreis.

Fig. 13 veranschaulicht einen Schwingkreis für den Schwingungs wandler gemäß Fig. 12. Der Schwingkreis enthält eine Bezugs- oder Referenzdiode 96 zur Lieferung eines konstanten Stroms, wobei eine elektrostatische Kapazität Cp zwischen dem auskra genden Schwingbalken 92 und dem Silizium-Substrat 91 gemäß Fig. 12 hergestellt ist. Der Schwingkreis wird durch Anlegung einer Spannung Vcc an das als Kollektor dienende Silizium- Substrat 91 über einen LC-Kreis 97 in selbsterregter Schwingung gehalten.

Da der Schwingkreis aus der Diode und dem Transistor auf dem Silizium-Substrat 91 gebildet ist, besitzt der Schwingungs wandler kleine Abmessungen und eine stabile Betriebsleistung.

Fig. 14 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind magnetische Elemente 302 aus z. B. Ni jeweils an den beiden Enden eines Schwingbalkens 301 ange bracht, der auf einem p-Typ-Silizium-Substrat 300 auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. In der Nähe der magnetischen Elemente 302 sind Elektromagnete 303 angeordnet. Der Schwingbalken 301 schwingt auf seiner Eigenfrequenz wenn ein Wechselstrom von einer Stromquelle 304 durch die Elektromagnete 303 geleitet wird.

Die Fig. 15(a) und 15(b) veranschaulichen eine sechte Aus führungsform der Erfindung. Fig. 15(a) zeigt in vergrößerter Aufsicht eine Membran, auf der ein Schwingbalken 501 auf die selbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. Fig. 15(b) ist ein Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 15(a). Bei dieser Anordnung wird ein Gleichspannungs- Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Schwingungsrichtung des Schwingbalkens 501 angelegt, und der Schwingbalken 501 wird durch Hindurchleiten eines Wechselstroms durch ihn in Schwingung versetzt.

Die Anordnung umfaßt ein p-Typ-Silizium-Substrat 31, auf welchem die Membran ausgebildet ist, einen durch Unterätzen geformten n-Typ-Schwingbalken 501, einen über dem Schwing balken 501 angeordneten und sich praktisch zentral über letzteren erstreckenden Magneten 502 sowie einen als Isolier film oder -schicht dienenden SiO₂-Film 503. Metallelektroden 504, 504 a aus z. B. Au sind mit den Enden über in der SiO₂- Schicht vorgesehene Kontaktlöcher 505, 505 a mit einer vom Schwingbalken 501 abgehenden n⁺-Schicht und an den anderen Enden über Zuleitungen mit einer Stromversorgung 506 verbunden. Ein aus z. B. ZnO bestehendes piezoelektrisches Element 507 ist im Bereich des gehalterten Endes des Schwingbalkens 501 angeordnet und mit einer Metallelektrode 508 bedeckt. Weiter vorgesehen sind ein Verstärker 509 und ein Filter 510. Auf nicht dargestellte Weise wird eine Sperrspannung zwischen den Schwingbalken 501 und das Silizium-Substrat 31 angelegt, um diese Teile gegeneinander zu isolieren.

Wenn ein Wechselstrom i von der Stromversorgung 506 über die Metallelektroden 504, 504 a durch den Schwingbalken 501 gelei tet wird, verformt sich letzterer unter einer Kraft, die in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen des Magnetfeldes und des Stroms einwirkt. Bei der Verformung oder Deformation des Schwingbalkens 501 ändert sich die Größe der Ladungen des piezoelektrischen Elementes 507 als Funktion der Verformungs größe des Schwingbalkens 501, wobei diese Ladungsgröße oder -menge durch die an das piezoelektrische Element 507 ange schlossene Metallelektrode 508 abgegriffen wird. Das Meßsignal wird durch den Verstärker 509 verstärkt und auf einer Mit kopplungsschleife über das Filter 510 zur Stromversorgung 506 rückgekoppelt. Das System schwingt daher mit selbsterregter Schwingung auf seiner Eigenfrequenz.

Eine achte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 16 und 17 dargetellt. Fig. 16 veranschaulicht dabei in ver größerter Aufsicht eine Anordnung, bei welcher ein Schwing balken auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist, sowie eine an den Schwingbalken angeschlossene elektrische Schaltung. Die Fig. 17(a) und 17(b) sind elek trische Schaltbilder der Anordnung nach Fig. 16. Fig. 17(b) zeigt eine Stromversorgung zum Anlegen einer Gegenvorspannung zwi schen eine p-Schicht und eine n⁺-Schicht.

Fig. 16 zeigt im einzelnen ein Silizium-Substrat 31, einen Schwingbalken 501, einen über dem Schwingbalken 501 angeord neten und sich praktisch mittig über diesen erstreckenden Magneten 502 sowie Metallelektroden 504, 504 a aus z. B. Al. Die Metallelektrode 504 a ist am einen Ende mit dem einen Ende des Schwingbalkens 501 über ein Kontaktloch 505 a in einer vom Schwingbalken 501 abgehenden SiO₂-Schicht und am anderen Ende über eine Zuleitung mit einem Anschluß eines Vergleichs widerstandes Ro, der im wesentlichen denselben Widerstands wert wie der Schwingbalken 501 besitzt, und einem Anschluß eines Verstärkers 537 verbunden. Der Verstärker 537 weist eine Ausgangsklemme zum Abgeben eines Ausgangssignals auf; diese Ausgangsklemme ist mit der einen Seite einer Primärwicklung L 1 verbunden, deren andere Seite an eine gemeinsame oder Sammel leitung angeschlossen ist.

Der andere Anschluß des Vergleichswiderstandes Ro ist an die eine Seite einer Sekundärwicklung L 2 angeschlossen, deren Mittelanzapfung mit der Sammelleitung (d. h. Masse) verbunden ist. Die andere Seite der Sekundärwicklung L 2 liegt an einer am anderen Ende des Schwingbalkens 501 ausgebildeten Metall elektrode 504 a.

Zwischen die p-Schicht (Substrat 31) und die n⁺-Schicht (Schwingbalken 501) wird zum gegenseitigen Isolieren dersel ben eine Gegenvorspannung oder Sperrspannung angelegt, während durch den Schwingbalken 501 ein Wechselstrom i geleitet wird. Die Impedanz des Schwingbalkens 501 erhöht sich durch elek tromagnetische Induktion bei seiner Resonanzfrequenz, so daß ein unsymmetrisches Signal an der n⁺-Schicht durch eine Brücke aus dem Vergleichswiderstand Ro und der Sekundärwicklung L 2 mit an die Sammelleitung angeschlossener Mittelanzapfung erzeugt wird. Das unsymmetrische Signal wird sodann durch den Verstärker 537 verstärkt und über eine Mitkopplungs schleife zur Primärwicklung L 1 geleitet, um damit das System mit selbsterregter Schwingung auf der Eigenfrequenz des Schwingbalkens schwingen zu lassen.

Die Impedanz R des Schwingbalkens 501 erhöht sich mit dessen Eigenfrequenz und läßt sich wie folgt ausdrücken:

R (¹/₂₂₂) · (1/√γ) · (AB ² l ³/bh ²) · Q + Ro

In obiger Formel bedeuten:

E = Elastizitätsmodul g = Erdbeschleunigung γ = Dichte des Materials des Schwingbalkens A = eine durch den Schwingungsmodus bestimmte Konstante B = magnetische Induktion (Magnetflußdichte) l = Länge des Schwingbalkens b = Breite des Schwingbalkens h = Dicke des Schwingbalkens Q = Resonanzschärfe Ro = Gleichspannungs-Widerstandswert

Da die Größe Q des Schwingbalkens in obiger Gleichung einen Wert von einem Mehrfachen von 100 bis zu einem Mehrfachen von 10 000 besitzt, kann unter Resonanzbedingung ein Signal großer Amplitude als Ausgangssignal des Verstärkers geliefert werden. Wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers für positive Rückkopplung oder Mitkopplung ausreichend groß gewählt ist, schwingt das System mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz. Bei der beschriebenen Ausführungsform ver wendet der Schwingungswandler Spulen bzw. Wicklungen als Schwingungseinrichtungen, so daß er gegenüber einem kapa zitiven Schwingungswandler die folgenden Vorteile besitzt:

1. Der Schwingbalken besitzt eine niedrige Impedanz und kann leicht in Schwingung versetzt werden;
2. der Schwingbalken kann leicht in Schwingung versetzt wer den, auch wenn er kleine Abmessungen besitzt;
3. es tritt keine elektrische Entladung auf, weil die Be triebsspannung niedrig ist; und
4. der Schwingbalken schwingt stabil, weil keine übermäßige Zugspannung auf ihn einwirkt.

Fig. 18 veranschaulicht einen Schwingbalken bzw. Schwingungs wandler gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung nach Fig. 18 verwendet, wie bei der ersten Aus führungsform, ein Silizium-Substrat. Eine elektrische Schaltung zum Schwingenlassen des Schwingbalkens besitzt die in Fig. 17(a) und 17(b) gezeigte Anordnung. Die Oberfläche des Silizium- Substrats 550 ist die mit (100) bezeichnete Kristallfläche. Eine Seite des Silizium-Substrats 550 ist zur Ausbildung einer rechteckigen Membran 551 mit einer Seite in der <110<- Richtung geätzt. Eine andere (nicht geätzte) und die Membran 551 enthaltende Seite weist n⁺-Diffusionsschichten 552 a bis 552 c auf, die durch Dotierung mit Fremdatomen in einer Dichte im Bereich von 10¹⁷ bis 10¹⁸ Atome/cm³ ausgebildet sind. Auf der n⁺-Diffusionsschicht auf der Membran ist ein Schwing balken 553 mit einer sich in <100<-Richtung erstreckenden Längsachse ausgebildet. Der Schwingbalken 553 ist nach einem photolithographischen Verfahren und durch selektives Ätzen an den n⁺- und p-Schichten auf der Membran 551 erzeugt worden. Die Querschnittsform längs der Linie A-A entspricht der jenigen nach Fig. 15(b). Der Schwingbalken 553 ist an einer Stelle angeordnet, die von einer anschließenden oder benach barten Seite der Membran 551 um etwa das 0,12fache der Länge einer Seite der Membran beabstandet ist. Ein aus einer n⁺- Diffusionsschicht bestehender Vergleichswiderstand 554 ist auf der Membran 551 in Kontakt mit dem einen Ende des Schwingbalkens 553 in symmetrischer Anordnung angeordnet und besitzt denselben Widerstandswert wie der Schwingbalken 553. Aus z. B. Al bestehende Metallelektroden 557 a bis 557 c sind mit den n⁺-Diffusionsschichten 552 a bis 552 c, die vom Schwing balken 553 abgehen, über in einer SiO₂-Schicht 503 (vergl. Fig. 19(b)) vorgesehene Kontaktlöcher 558 a bis 558 c verbunden. Eine Basis 560 weist eine Druckeinführöffnung 561 und eine Druckeinführrille 562 auf, wobei die Rolle 562 die Druck einführöffnung 561 und eine luftdicht geschlossene Ausnehmung zur Erzeugung der Membran 551 verbindet.

Erfindungsgemäß wurde nach der Methode der endlichen Elemente berechnet und durch Versuche bestätigt, daß dann, wenn ein Druck P an eine quadratische Membran mit einer Seite (Seiten länge) R angelegt wird, die Oberfläche der Membran einer maximalen Oberflächenauslenkung an einer um 0,12 R vom einen Ende einer anschließenden Seite entfernten Stelle unterworfen ist. Nachdem bei dieser Ausführungsform der Schwingbalken 553 an dieser Stelle augebildet ist, kann ein maximaler Verfor mungs- oder Auslenkungsgrad des Schwingbalkens erzielt werden.

Die auf den Schwingbalken einwirkende Verformung läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

ε ≈ 0,1 (1/E) · (a/h) ² · P

In obiger Gleichung bedeuten:

E = Elastizitätsmodul a = Länge einer Seite der quadratischen Membran h = Dicke der Membran P = Druck

Die Eigenfrequenz (Modus kleinster Ordnung) des Schwingbalkens läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

f = fo(1 + αε) α = 0,118(l/t) ²

Darin bedeuten:

l = Länge des Schwingbalkens t = Dicke des Schwingbalkens fo = Eigenfrequenz im Fall von P = 0

Der auf diese Weise ausgebildete Schwingbalken kann mit Selbst erregung auf der Eigenfrequenz schwingen, indem er durch die elektrische Schaltung gemäß Fig. 19(a) und 19(b) in Schwingung versetzt wird.

Die Schwingfrequenz jedes Wandlers gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen variiert in Abhängigkeit vom Temperaturkoeffizienten und vom Elastizitätsmodul von Silizium. Diese Wandler können somit in einem Vakuumbehälter untergebracht und als Thermometer benutzt werden.

In einem solchen Anwendungsfall läßt sich die Schwingfrequenz des Schwingungswandlers durch folgende Gleichung ausdrücken:

f ² = fo ²(1 + γΔ T)

Darin bedeuten:

fo = Eigenfrequenz bei Bezugstemperatur γ = Temperaturkoeffizient = 106,8 ppm/K (in <100<-Richtung) Δ T = Temperaturdifferenz bei der Bezugstemperatur

f ² = fo ²(1 + βρ)^-1

Darin bedeuten:

fo ² = Eigenfrequenz im Vakuum β = Strömungsmitteldichte-Empfindlichkeit ρ = Strömungsmitteldichte

Im folgenden ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ätzen eines Silizium-Substrats beschrieben.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selektiven Ätzen eines Halbleiter-Siliziumplättchens und ein Silizium- Ätzverfahren zum Ätzen eines oder jedes von durch einen pn- Übergang verbundenen Siliziumplättchen.

In IEEE, Electron Device Letters, Vol. ed1-2, No. 2, Februar 1981, Seiten 44-45, ist das folgende Verfahren als Verfahren zum feinen Ätzen eines Silizium-Einkristalls be schrieben:

Eine Elektrode aus Platin (Pt) wird in eine alkalische wäßrige Lösung von Ethylendiamin-Brenzkatechin (EDP) oder Kaliumhydroxid (KOH) eingebracht und kann (darin) selektiv geätzt werden, indem eine Spannung in der Größenordnung von +0,5 bis 0,6 V an das p-Typ- oder n-Typ-Silizium angelegt wird.

Ein Versuch zum Ätzen eines Halbleiters nach dem obigen Ver fahren erbrachte keine zufriedenstellenden Ergebnisse.

Dieses bisherige Verfahren ist mit den folgenden Mängeln behaftet:

1. Der Ätzvorgang ist instabil, weil er nicht bei der Spannung von 0,5 bis 0,6 V, abhängig von der Fremdatomdichte im Silizium, beendet ist;
2. wenn der spezifische Widerstand der n-Schicht hoch ist, ist der Stromfluß an einer von dem an die Zuleitung ange schlossenen Punkt entfernten Stelle mangelhaft, und er wird nicht in einen passiven Zustand gebracht, so daß die Schicht lokal geätzt wird.

Fig. 19 veranschaulicht ein Silizium-Ätzverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 19 zeigt einen eine al kalische Lösung (z. B. von Kaliumhydroxid) 602 enthaltenden Behälter 601, eine Kombination 603 aus einem p-Typ-Silizium substrat und einem darauf epitaxial gezüchteten n-Typ-Silizium sowie eine Gleichstromversorgung 605, von welcher eine po sitive Spannung an die n-Schicht und eine negative Spannung an die p-Schicht über eine Leitung 606 angelegt werden.

Bei dieser Anordnung wird eine Gegenvorspannung oder Sperr spannung zwischen die n- und p-Siliziumschichten angelegt. Aufgrund der von der Stromversorgung 605 an die n-Schicht angelegten Spannung fließt ein Strom durch die alkalische Lö sung 602 zur p-Schicht. Infolgedessen bildet sich auf der Oberfläche der n-Schicht ein unlöslicher Film, der diese Schicht in einen passiven Zustand überführt. Nach Beendigung der Passivierung dieser Schicht wird der Strom stark verringert. Infolgedessen verringert sich die Geschwindigkeit des Ätzens der n-Schicht mittels der alkalischen Lösung. Da die Ätz geschwindigkeiten an der n-Schicht und der p-Schicht stark unterschiedlich sind (z. B. 1 : 300 betragen), kann infolge dessen das Silizium-Substrat selektiv geätzt werden.

Wenn beim beschriebenen Ätzverfahren die n-Schicht des pn- Übergang-Siliziumsubstrats als Anode und seine p-Schicht als Kathode benutzt werden, fließt ein Anodenstrom nur von der n-Schicht, jedoch niemals von der p-Schicht in die alkalische Lösung. Da der passive oder passivierte Zustand nur durch den Anodenstrom hervorgerufen wird, kann die als Anode die nende n-Schicht stabil bzw. sicher passiviert werden.

Wenn eine p-Schicht einer kleinen Oberfläche auf der Fläche der n-Schicht (nach außen hin) freiliegt und nur diese p- Schicht geätzt werden soll, kann die p-Schicht nicht geätzt werden, wenn die Oberfläche der zu ätzenden p-Schicht klein ist (z. B. 0,1 mm²) beträgt. Es wird angenommen, daß dieser Mangel davon herrührt, daß bei Anlegung einer positiven Gleichspannung an die n-Schicht eine den Strom von Ionen verhindernde Barriere oder Sperrschicht entsteht.

Fig. 20 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Silizium-Ätzverfahrens. Dabei wird ein Silizium-Substrat mit einem pn-Übergang in eine alkalische Lösung eingetaucht, wobei eine pulsierende Spannung wiederholt zwischen die p- und n-Schichten des Silizium-Substrats oder letzteres und die alkalische Lösung angelegt wird.

Die Anordnung nach Fig. 20 umfaßt einen eine alkalische Lösung (z. B. Kaliumhydroxid (KOH 4 N 80°C) 702 enthaltenden Behälter 701, ein Silizium-Substrat 703 in Form einer p-Schicht, die, mit Ausnahme kleiner Flächen 714 a, 714 b, mit einer n-Schicht bedeckt ist, eine Impulsstromquelle 704, eine Leitung 705, eine am einen Ende einer n-Schicht 712 ausgebildete Elektrode 706 a und eine am einen Ende einer p-Schicht 713 ausgebildete Elektrode 706 b. Das Silizium-Substrat wird mit Ausnahme der Elektroden 706 a, 706 b in die alkalische Lösung eingetaucht. Von der Stromquelle 704 her wird eine pulsierende Spannung einer Rechteckwellenform gemäß Fig. 21 zwischen die Elektroden 706 a, 706 b angelegt, wobei die Spannung einen Spitzenwert von 5 V und eine Wiederholungsperiode von 0,04 Hz aufweist. Die n-Schicht 712 bedeckt praktisch die gesamte Oberfläche der p-Schicht 713, während die p-Schichten 714 a, 714 b in einem kleinen Bereich einer Breite von 10 µm und einer Länge von 100 µm freiliegen bzw. unbedeckt sind.

Die Spannung von 5 V wird von der Impulsstromquelle 704 her mit der Periode von 0,04 Hz an die n-Schicht 712 angelegt. Solange die Spannung von 5 V aufgeprägt wird, bildet sich auf der Fläche der n-Schicht ein unlöslicher Film. Wenn die Spannung nicht (mehr) anliegt, beginnt das Anätzen des er zeugten unlöslichen Films durch die alkalische Lösung. Bevor jedoch die n-Schicht freigelegt wird, wird zur Erhaltung des unlöslichen Films die Spannung wieder angelegt. Wenn die an die n-Schicht angelegte Spannung 5 V beträgt, ist auf den kleinen unbedeckten Bereichen der p-Schicht eine ein Fließen von Ionen verhindernde Barriere oder Sperrschicht vorhanden. Wenn dagegen die an der n-Schicht anliegende Spannung Null beträgt, ist keine Barriere oder Sperrschicht vorhanden und können Ionen ungehindert fließen, so daß die p-Schicht auch in den kleinen Bereichen geätzt wird. Unter den angegebenen Bedingungen beträgt die Ätzgeschwindigkeit der kleinen Bereiche 714 a, 714 b der p-Schicht etwa 1,2 µm/min.

Während beim beschriebenen Ausführungsbeispiel bestimmte Zahlenwerte für die Bereiche oder Flächen der p-Schicht, die Art und Temperatur der alkalischen Lösung sowie die pulsierende Spannung angegeben sind, variiert die Ätzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Dichte und Temperatur der alkalischen Lösung. Die Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen Aus führungsbeispiele beschränkt.

Fig. 22 veranschaulicht eine Abwandlung des Ausführungsbei spiels nach Fig. 20. Dabei sind den Teilen der Fig. 20 ent sprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher be zeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben. Bei dieser Abwandlung ist die vom Minuspol der Impulsstromquelle 704 abgehende Leitung nicht an die p-Schicht, sondern an eine in die alkalische Lösung eingetauchte Platinelektrode 720 angeschlossen.

Nach dem Verfahren gemäß Fig. 20 und 22 können kleine Bereiche oder Flächen des Silizium-Substrats ohne weiteres geätzt werden.

Da erfindungsgemäß ein Schwingbalken aus einer n-Typ-Schicht auf einem Silizium-Einkristall ausgebildet wird, kann er un abhängig von seiner Fremdatomdotierungsdichte geätzt werden. Bei einem Schwingungswandler können somit eine Diode und ein Transistor, welche den Schwingbalken einschließen, erzeugt werden, so daß sich ohne weiteres Einrichtungen zum Schwingenlassenund zum Abgreifen der Schwingung des Schwing balkens vorsehen lassen. Außerdem kann dabei der Schwing balken fein, d. h. mit kleinen Abmessungen geätzt werden.

Claims

1. Schwingungswandler zum Schwingenlassen eines auf einem Silizium-Einkristall (30) ausgebildeten Schwingbalkens (34) auf seiner Eigenfrequenz und zum Erfassen einer Änderung in der Schwingfrequenz des Schwingbalkens (34) abhängig von einer Änderung in der auf den Silizium- Einkristall einwirkenden Kraft oder in den Umgebungs bedingungen, wobei der Schwingbalken (34) mindestens einen Festlegungspunkt aufweist und eine Schwingungs meßeinrichtung (41-44) zur Erfassung der Eigenfrequenz des Schwingbalkens (34) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium-Einkristall (30) ein p-Typ-Halbleiterkörper ist, daß der Schwing balken (34) aus einer n-Typ-Schicht besteht, die auf einen Teil des Silizium-Einkristalls (30) durch die Zu gabe von Fremdstoffen erzeugt ist, daß der Festlegungs punkt des Schwingbalkens (34) durch Unterätzen gebildet ist, und daß der Schwingbalken (34) bei seiner Eigenfre quenz in einem den Schwingbalken (34) umgebenden Vakuum (vgl. 38, 39) in Schwingung versetzbar ist.

2. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein zwischen zwei Elektroden (37, 37 a) einge fügtes piezoelektrisches Material (36, 36 a) an einem einer Verformung unterworfenen Abschnitt des Schwingbal kens (34) angebracht ist und daß der Schwingbalken (34) durch Anlegung einer Wechselspannung zwischen die bei den Elektroden (37, 37 a) auf seiner Eigenfrequenz in Schwingung versetzbar ist.

3. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein zwischen zwei Elektroden (37, 37 a) eingefügtes piezoelektrisches Material (36, 36 a) an einem einer Verformung unterworfenen Abschnitt des Schwingbalkens (34) angebracht ist, so daß die Größe von zwischen den Elektroden (37, 37 a) erzeugten La dungen abgreifbar oder meßbar ist.

4. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Spannung in Form einer Kombination aus einer Gleichstrom-Sperrspannung und einer Wechsel spannung der Eigenfrequenz des Schwingbalkens (34) zwischen letzteren und eine nicht schwingende p-Schicht anlegbar ist, um damit den Schwingbalken (34) auf der Eigenfrequenz schwingen zu lassen.

5. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein pn-Übergang durch lokale Fremdatom diffusion in einem der Schwingungsverformung unterwor fenen Bereich (56) des Schwingbalkens (34) ausgebildet ist und daß eine Einrichtung (59) zur Zufuhr eines Stroms zum pn-Übergang zwecks Aufrechterhaltung seines Potentials auf einer konstanten Größe vorgesehen ist, wobei eine durch die Schwingungsverformung verursachte Änderung des Stroms verstärkt und an eine Einrichtung zum Schwingenlassen des Schwingbalkens angelegt wird, so daß ein positiver Rückkopplungs- oder Mitkopplungs kreis zum Schwingenlassen des Schwingbalkens (34) auf seiner Eigenfrequenz gebildet ist.

6. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine p-Schicht durch lokale Fremdatom diffusion in einem der Schwingungsverformung unter worfenen Bereich des Schwingbalkens (34) ausgebildet ist, so daß die Schwingungsverformung über einen Piezowiderstandseffekt der p-Schicht erfaßbar oder meßbar ist.

7. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Gleichstrom-Magnetfeld (vgl. 303) in einer Richtung senkrecht zur Schwingungsrichtung des Schwingbalkens (301) angelegt ist, so daß der Schwing balken (301) bei Zufuhr eines Wechselstroms zu ihm auf der Eigenfrequenz schwingen kann.

8. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein dicht neben dem Schwingbalken (501) angeordneter Magnetkreis (502) ein Gleichstrom-Magnet feld in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Schwingbalkens (501) erzeugt, eine Primär- und eine Sekundärwicklung (L 1, L 2) magnetisch aneinander ange koppelt sind, die Sekundärwicklung (L 2) eine mit einer Sammelleitung verbundene Mittelanzapfung (C) aufweist, ein Vergleichswiderstand (Ro) mit praktisch demselben Widerstandswert wie beim Schwingbalken (502) in Reihe mit letzterem an die Sekundärwicklung (L 2) angeschlossen ist und ein Verbindungspunkt zwischen dem Vergleichs widerstand (Ro) und dem Schwingbalken (501) an eine Eingangsklemme eines Verstärkers (537), der einen aus reichend großen Verstärkungsgrad aufweist und mit der Primärwicklung verbunden ist, angeschlossen ist, so daß ein Mitkopplungs-Schwingkreis gebildet ist, der mit Selbsterregung auf der Eigenfrequenz des Schwingbalkens (501) zu schwingen vermag.

9. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die n-Typ-Schicht (32) durch lokale Fremd atomdotierung der Oberfläche eines p-Typ-Siliziumsubstrats (30) mit einer (100)-Fläche erzeugt ist, das Silizium substrat (30) durch selektives Ätzen zur Ausbildung des Schwingbalkens (501), der an gegenüberliegenden Enden festgelegt ist und eine <100<-Längsrichtung auf weist, unterätzt bzw. unterseitig ausgeätzt ist, die entgegengesetzte (100)-Fläche des Siliziumsubstrats (30), in welcher der Schwingbalken (501) ausgebildet ist, zur Bildung einer rechteckigen Membran (31) mit einer in einer <100<-Richtung liegenden Seite geätzt ist, eine Einrichtung (502) zum Anlegen eines Gleichstrom- Magnetfelds in einer Richtung senkrecht zum Schwing balken (501) und eine Einrichtung (504, 504 a) zum Hin durchleiten eines Stroms durch den Schwingbalken (501) vorgesehen sind, die beiden Enden des Schwingbalkens (501) sich an einer Stelle befinden, die von der an grenzenden Seite der Membran in einem Abstand von etwa dem 0,12fachen der Länge der einen Seite der Membran angeordnet ist, und weiterhin ein Vergleichswiderstand (Ro) vorgesehen ist, der auf der Membran in symmetri scher Anordnung in Kontakt mit dem einen Ende des Schwingbalkens (501) gehalten ist und welcher den glei chen Widerstandswert wie der Schwingbalken (501) be sitzt.

10. Schwingungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schwingbalken in einer alkalischen Lösung gebildet wird, indem eine positive Gleichspan nung oder eine pulsierende Spannung an die n-Typ- Schicht gegenüber dem n-Typ-Halbleiterkörper angelegt werden.