[發明專利]具有至少一個第一類型的電極、第二類型的電極和至少一個鐵電駐極體的轉換器

在審

• 申請號: 201380061279.8
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN104813494A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: D·巴爾特伊拉;J·希倫布蘭德
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H01L41/113;H01L41/193;H04R17/00;H04R17/02;H04R19/01
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 曾立

技術領域

本發明涉及一種具有至少一個第一類型的電極、第二類型的電極和至少一個鐵電駐極體的轉換器。

背景技術

近十年來，在科研領域中加強地研究多孔聚合物薄膜、所謂的鐵電駐極體，例如可得到Emfit有限公司的商品名稱Emfi并且其用于不同的應用，也用于聲學的應用。所述鐵電駐極體是壓電的并且具有壓電常數，所述壓電常數是可與鋯鈦酸鉛壓電材料(PZT)的壓電常數比較的。從外部觀察，鐵電材料(Ferroelektrika)理想地與常規的壓電材料的方式相同，然而外部壓電效應通過無數多個內部駐極體效應產生。名稱“鐵電駐極體”也由此而來，其也可以稱作壓電駐極體。

DE10?2006?002?067?A1示出了一種超聲傳感器的接收器，其中接收電極與接地電極平行地布置并且其中壓電復合體位于接收電極和接地電極之間。所述壓電復合體例如可以具有多個由鐵電物質(例如PCT)構成的壓電元件和多個由有機聚合物構成的層。

EP?2?339?869?A1示出了一種用于制造具有限定的空腔的兩層或多層鐵電駐極體的方法。鐵電駐極體例如應用于機電和聲電領域中。

此外，如今在許多電子設備中發現轉換器、即基于駐極體的傳感器和執行器。在一些技術領域中，制造駐極體麥克風時的件數超過了制造硅麥克風時的件數。

在現有技術中，傳感器和執行器或者基于駐極體效應或者基于壓電效應、例如基于所說明的鐵電駐極體的壓電效應運行。在每一個轉換器中，結構相關地存在沒有利用的區域或者面，其沒有對駐極體效應或者壓電效應做貢獻，這導致轉換器的不最優的靈敏度。

發明內容

根據本發明的第一方面，提出具有至少一個第一類型的電極、至少一個第二類型的電極和至少一個鐵電駐極體和至少一個駐極體的轉換器，其中第一類型的電極與鐵電駐極體導電連接，駐極體與第一類型的電極通過至少一個氣隙間隔開并且駐極體和鐵電駐極體與第二類型的電極導電連接。

根據本發明的布置具有以下優點：在一個轉換器中組合駐極體效應和壓電效應。由此，能夠得到具有改善的特性的轉換器，因為可以更有效地利用可供轉換器使用的體積和可供使用的面積。在此，駐極體和壓電材料在電方面或者串聯或者并聯。對于傳感器而言，在第一種情形中使兩種區域、即駐極體區域和壓電區域的輸出電壓相加，而在第二種情形中使電荷或者電流相加。特別有利的是，由此能夠提高傳感器的靈敏度和信噪比。通過兩種原理——駐極體效應和壓電效應的組合，增強所探測的信號并且完全地充分利用轉換器的潛力。

一個特別的優點是，提高轉換器的可靠性。在駐極體的情形中，例如可能通過負電荷傳輸到上方電極上產生短路。對于通過例如由于氣隙的橋接發生了第一類型的電極與駐極體的接觸使駐極體損壞的情形，可以通過鐵電駐極體上的振蕩的分析處理來接受完全有意義的或者至少限制的有意義的信號。因此，當主動元件中的一個、例如鐵電駐極體或者駐極體放電時，另一元件可以繼續運行。

根據一種特別優選的實施方式，駐極體由多孔聚合物制造。當駐極體已充電時，其具有在溫度變化和時間上提高的充電穩定性。如果駐極體位于電極之間，則理論上構成絲毫不需要偏壓的電容器麥克風。如果聲到達兩個電極中的一個，則所述兩個電極移位并且開始振蕩，由此電極和相對電極之間的間距變化并且因此電容也變化，在平面平行的電極的情形中所述電容例如根據以下計算：

C=ϵAd]]>

其中C表示電容器的電容，

ε表示介質常數(dielektrische?Moment)，

A表示駐極體面積，

d表示電容器板相互的間距。利用通過可移動的膜片和相對電極之間的間距變化引起的電容變化來將聲壓或者聲速(Schallschnelle)轉換成電信號。在電容器麥克風中以及在充當傳感器的轉換器中，增強并且探測所述電容變化。

在本發明的范疇內，鐵電駐極體充當已知的壓電轉換器元件。鐵電駐極體也可以簡稱為壓電元件，但具有相對于傳統的壓電元件略微不同的特性、例如不過強突出的平行于主面的壓電主動性。鐵電駐極體同樣例如由多孔聚合物制造。通過例如借助電暈的充電，使空氣充入氣囊中。如果通過在電極和相對電極上施加電壓使氣囊高度變化，則電荷移位。隨后，可以如在駐極體的情況下一樣地增強并且檢測所述移位。