具有至少一个第一类型的电极、第二类型的电极和至少一个铁电驻极体的转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种转换器(1)，其具有第一类型的电极(2)、至少一个第二类型的电极(3)、至少一个铁电驻极体(6)和至少一个驻极体(4)，其中，所述铁电驻极体(6)与所述第二类型的电极(3)借助绝缘层(32)绝缘地布置并且与第三电极(30)具有共同的边界面(31)，使得所述驻极体(4)和所述铁电驻极体(6)彼此串联地连接。具有这种转换器(1)的超声传感器和麦克风也是本发明专利技术的主题。

Converter with at least one first type electrode, second type electrode and at least one ferroelectric electret

The present invention relates to a converter (1), having a first type electrode (2) electrode, at least one of the second types (3), at least one ferroelectric electret (6) and at least one electret (4), wherein, the ferroelectric electret (6) and the second type electrode (3) with an insulating layer (32) disposed and insulated from the third electrode (30) having a common boundary (31), so that the electret (4) and the ferroelectric electret (6) is connected in series with each other. The ultrasonic transducer and microphone with such a converter (1) are also the subject of the invention.

【技术实现步骤摘要】
具有至少一个第一类型的电极、第二类型的电极和至少一个铁电驻极体的转换器本案为申请日为2013年10月7日、申请号为201380061279.8、专利技术名称为“具有至少一个第一类型的电极、第二类型的电极和至少一个铁电驻极体的转换器”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种具有至少一个第一类型的电极、第二类型的电极和至少一个铁电驻极体的转换器。
技术介绍
近十年来，在科研领域中加强地研究多孔聚合物薄膜、所谓的铁电驻极体，例如可得到Emfit有限公司的商品名称Emfi并且其用于不同的应用，也用于声学的应用。所述铁电驻极体是压电的并且具有压电常数，所述压电常数是可与锆钛酸铅压电材料(PZT)的压电常数比较的。从外部观察，铁电材料(Ferroelektrika)理想地与常规的压电材料的方式相同，然而外部压电效应通过无数多个内部驻极体效应产生。名称“铁电驻极体”也由此而来，其也可以称作压电驻极体。DE102006002067A1示出了一种超声传感器的接收器，其中接收电极与接地电极平行地布置并且其中压电复合体位于接收电极和接地电极之间。所述压电复合体例如可以具有多个由铁电物质(例如PZT)构成的压电元件和多个由有机聚合物构成的层。EP2339869A1示出了一种用于制造具有限定的空腔的两层或多层铁电驻极体的方法。铁电驻极体例如应用于机电和声电领域中。此外，如今在许多电子设备中发现转换器、即基于驻极体的传感器和执行器。在一些
中，制造驻极体麦克风时的件数超过了制造硅麦克风时的件数。在现有技术中，传感器和执行器或者基于驻极体效应或者基于压电效应、例如基于所说明的铁电驻极体的压电效应运行。在每一个转换器中，结构相关地存在没有利用的区域或者面，其没有对驻极体效应或者压电效应做贡献，这导致转换器的不最优的灵敏度。
技术实现思路
按照本专利技术，提出了一种转换器，其具有第一类型的电极、至少一个第二类型的电极、至少一个铁电驻极体和至少一个驻极体，其中，所述铁电驻极体与所述第二类型的电极借助绝缘层绝缘地布置并且与第三电极具有共同的边界面，使得所述驻极体和所述铁电驻极体彼此串联地连接。根据本专利技术的第一方面，提出具有至少一个第一类型的电极、至少一个第二类型的电极和至少一个铁电驻极体和至少一个驻极体的转换器，其中第一类型的电极与铁电驻极体导电连接，驻极体与第一类型的电极通过至少一个气隙间隔开并且驻极体和铁电驻极体与第二类型的电极导电连接。根据本专利技术的布置具有以下优点：在一个转换器中组合驻极体效应和压电效应。由此，能够得到具有改善的特性的转换器，因为可以更有效地利用可供转换器使用的体积和可供使用的面积。在此，驻极体和压电材料在电方面或者串联或者并联。对于传感器而言，在第一种情形中使两种区域、即驻极体区域和压电区域的输出电压相加，而在第二种情形中使电荷或者电流相加。特别有利的是，由此能够提高传感器的灵敏度和信噪比。通过两种原理——驻极体效应和压电效应的组合，增强所探测的信号并且完全地充分利用转换器的潜力。一个特别的优点是，提高转换器的可靠性。在驻极体的情形中，例如可能通过负电荷传输到上方电极上产生短路。对于通过例如由于气隙的桥接发生了第一类型的电极与驻极体的接触使驻极体损坏的情形，可以通过铁电驻极体上的振荡的分析处理来接受完全有意义的或者至少限制的有意义的信号。因此，当主动元件中的一个、例如铁电驻极体或者驻极体放电时，另一元件可以继续运行。根据一种特别优选的实施方式，驻极体由多孔聚合物制造。当驻极体已充电时，其具有在温度变化和时间上提高的充电稳定性。如果驻极体位于电极之间，则理论上构成丝毫不需要偏压的电容器麦克风。如果声到达两个电极中的一个，则所述两个电极移位并且开始振荡，由此电极和相对电极之间的间距变化并且因此电容也变化，在平面平行的电极的情形中所述电容例如根据以下计算：其中C表示电容器的电容，ε表示介质常数(dielektrischeMoment)，A表示驻极体面积，d表示电容器板相互的间距。利用通过可移动的膜片和相对电极之间的间距变化引起的电容变化来将声压或者声速(Schallschnelle)转换成电信号。在电容器麦克风中以及在充当传感器的转换器中，增强并且探测所述电容变化。在本专利技术的范畴内，铁电驻极体充当已知的压电转换器元件。铁电驻极体也可以简称为压电元件，但具有相对于传统的压电元件略微不同的特性、例如不过强突出的平行于主面的压电主动性。铁电驻极体同样例如由多孔聚合物制造。通过例如借助电晕的充电，使空气充入气囊中。如果通过在电极和相对电极上施加电压使气囊高度变化，则电荷移位。随后，可以如在驻极体的情况下一样地增强并且检测所述移位。通过在从属权利要求中所提及的措施能够实现在独立权利要求中所说明的装置的有利的扩展方案和改善。根据本专利技术的一种实施方式，铁电驻极体布置在第一类型的电极的边缘区域中。所述边缘区域例如可以为电极或者转换器的主面积的约1％至50％、优选在5％和20％之间。在此，所述边缘区域可以通过从电极的周长等距向内测量的区域来限定。在所述布置中，可以通过铁电驻极体特别好地接收电极的边缘区域中的振荡。当铁电驻极体抵抗驻极体地支承第一类型的电极以便不需要通过其它部件、例如不是电激活的部件的边缘支承时，是特别有利的。在所述实施方式中特别优选地，驻极体布置在第一类型的电极的中心。在此，铁电驻极体环形地包围驻极体，其中这可以适用于径向对称的转换器以及适用于具有椭圆的、矩形的、正方形的或者普遍具有通过多边形横切(Polygonzug)所限制的周长的转换器。对此替代地，在铁电驻极体中也能够实现凹部或者可以设置多个包围驻极体的铁电驻极体块。根据一种替代的实施方式，铁电驻极体布置在第一类型的电极的中心。在所述实施方式中，铁电驻极体的耦合相对于主振荡模式是最优的。在所述情形中，驻极体例如环形地包围铁电驻极体。根据本专利技术的另一个方面，提出具有以上所描述的转换器中的一个的超声转换器。由于并联的驻极体和铁电驻极体，所提出的超声转换器在信号质量和功能公差始终不变的情况下提供特别的机械稳定性。所述超声转换器例如可以作为流量测量计在加工技术中或者在车辆领域中、尤其在内燃机的吸气道和排气道中用于体积流测量或质量流测量或者作为周围环境传感器、尤其在车辆的前保险杠和/或后保险杠中例如用于泊车辅助和/或碰撞避免。在运行状态中，这种超声转换器可以将超声波发射到流体的介质——例如空气、气体和/或液体中和/或接收超声波。在所述应用领域中，超声信号通常通过流体的介质从发射器传输到接收器或者从发射器传输到周围环境中并且检测由位于周围环境中的对象反射的超声信号以及接收并且测量传播时间和/或传播时间差和/或其它参量——例如超声信号的振幅或者相位。所述超声转换器的其它应用领域例如可以是机器人技术中的超声或者作为加速度接收器。根据本专利技术的另一个方面，提出包括以上所描述的转换器中的一个的麦克风。所述麦克风优选是驻极体麦克风并且充当将声转换成相应的电信号的声电转换器。在所述麦克风中，铁电驻极体优选布置在第一类型的电极的边缘区域上而驻极体布置在第一类型的电极的中心。通过这种方式可有利地达到低频区域。附图说明本专利技术的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述。附图示出：图1以剖面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换器(1)，其具有第一类型的电极(2)、至少一个第二类型的电极(3)、至少一个铁电驻极体(6)和至少一个驻极体(4)，其中，所述铁电驻极体(6)与所述第二类型的电极(3)借助绝缘层(32)绝缘地布置并且与第三电极(30)具有共同的边界面(31)，使得所述驻极体(4)和所述铁电驻极体(6)彼此串联地连接。

【技术特征摘要】
2012.11.29 DE 102012221833.51.一种转换器(1)，其具有第一类型的电极(2)、至少一个第二类型的电极(3)、至少一个铁电驻极体(6)和至少一个驻极体(4)，其中，所述铁电驻极体(6)与所述第二类型的电极(3)借助绝缘层(32)绝缘地布置并且与第三电极(30)具有共同的边界面(31)，使得所述驻极体(4)和所述铁电驻极体(6)彼此串联地连接。2.根据权利要求1所述的转换器(1)，其特征在于，所述电极(2、3)彼此的间距(24)小于50μm。3.根据权利要求1所述的转换器(1)，其特征在于，所述转换器(1)径向对称地或者椭圆地围绕主轴线(9)。4.根据权利要求2所述的转换器(1)，其特征在于，所述转换器(1)径向对称地或者椭圆地围绕主轴线(9)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的转换器(1)，其特征在于，所述驻极体(4)布置在所述第一类型的电极(2)的中心。6.根据权利要求1至4中任一项所述的转换器(1)，其特征在于，所述铁电驻极体(6)布置在所述第一类型的电极(2)的中心。7.根据权利要求1至4中任一项所述的转换器(1)，所述转换器具...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴尔特伊拉，J·希伦布兰德，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE