FR2523382A1 - Dispositif a onde acoustique de surface - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN SUBSTRAT ELASTIQUE 1 AYANT UN COEFFICIENT DE TEMPERATURE DE TEMPS DE RETARD POSITIF A L'ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE; UNE PELLICULE 2 DE NITRURE D'ALUMINIUM DEPOSEE SUR LE SUBSTRAT ELASTIQUE AFIN QUE L'AXE PIEZO-ELECTRIQUE DE LA PELLICULE AIT UNE DIRECTION PREDETERMINEE PAR RAPPORT AU SUBSTRAT ELASTIQUE; ET DES ELECTRODES D'ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE 3, 4 PREVUES EN DES PARTIES PREDETERMINEES DE LA PELLICULE2. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA TRANSMISSION DE SIGNAUX ELECTRIQUES.
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif à onde acoustique de
surface ayant une nouvelle structure
et une excellente caractéristique.
Comme structures de dispositifs à onde acoustique de surface (substrats), permettant de traiter divers signaux électriques en utilisant l'onde acoustique de surface, on connaît traditionnellement ceux qui suivent 1 une structure simple consistant uniquement en un substrat piézoélectrique (substrat monocristallin piézo-électrique, substrat en céramique piézo-électrique, et autres); 2 une structure feuilletée avec une pellicule piézo-électrique déposée sur un substrat non piézoélectrique 3 une structure feuilletée avec une pellicule piézo-électrique déposée sur un substrat semi-conducteur,
et autres.
Un format connu de la structure feuilletée du N 02 ci-dessus comprend un substrat en saphir ou un substrat en verre avec une pellicule d'oxyde de zinc (Zn O) qi y est déposée par pulvérisation Cependant, la pellicule d'oxyde de zinc présente les inconvénients qui suivent: 1 il est difficile d'obtenir une bonne qualité de la pellicule, ce qui donne une fabrication inférieure des dispositifs du point de vue piézo-électricité, et autres; 2 la perte par propagation de l'onde acoustique de surface est importante dans la plage des hautes fréquences; 3 la dispersion de la caractéristique de propagation de l'onde acoustique de surface est importante; et 4 il est difficile de contrôler le rapport des variations ( 1/ I) ( D /XT) du retard (t) de l'onde acoustique de surface selon la variation de la température
(T est la température ambiante).
La présente invention a par conséquent pour objet de surmonter ces problèmes de l'art antérieur et de produire un dispositif à onde acoustique de surface ayant d'excellentes propriétés, dont la fabrication soit facilitée
et qui cotte moins.
La caractéristique fondamentale de la présente invention pour atteindre l'objectif consiste à utiliser un substrat élastique dont le coefficient de témpérature du temps de retard est positif par rapport à l'onde acoustique de surface avec une pellicule de Ai N prévue sur le substrat L'utilisation d'un substrat en saphir, d'un substrat SOS (silicium sur saphir) oud'un substrat en silicium monocristallin en tant que substrat élastique est particulièrement efficace pour atteindre l'objectif. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe illustrant un mode de réalisation selon l'invention; les figures 2 à 10 montrent les caractéristiques obtenues par le dispositif selon la figure 1; les figures 11 à 14 sont des vues en coupe illustrant d'autres modes de réalisation selon l'invention; les figures 15 A, 15 B, 16 A à 16 D et 17 A à 17 F montrent des caractéristiques obtenues par les modes de réalisation des figures 11 à 14; les figures 18 à 21 sont des vues en coupe illustrant d'autres modes de réalisation selon l'invention; les figures 22 A, 22 B, 23 A, 23 B, 24 A et 24 B montrent des caractéristiques obtenues par les modes de réalisation des figures 18 à 21; et la figure '25 donne un schéma-bloc d'un système MO-CVD (métal organique-dépôt de vapeur chimique) pour
un traitement par épitaxie.
La présente invention sera maintenant décrite en détail par des modes de réalisation préférés en se
référant aux dessins.
La figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du dispositif à onde acoustique de surface selon l'invention Le chiffre de référence 1 désigne un
substrat en saphir qui est coupé par une surface équi-
valente (surface C) à la surface du cristal ( 0001) Le chiffre de référence 2 désigne une pellicule de AMN déposée
sur le substrat en saphir 1 de façon que l'axe piézo-
électrique (axe C ou axe ú 0001 À) de la pellicule soit perpendiculaire ou parallèle à la surface du substrat en saphir 1 Les chiffres de référence 3 et 4 indiquent des électrodes en forme de peigne pour produire une onde acoustique de surface et des électrodes en forme de peigne pour détecter l'onde acoustique de surface respectivement, et la lettre H indique l'épaisseur de la pellicule 2 en Al N. Un premier exemple sera décrit ci-après o le substrat en saphir 1 est coupé par la surface équivalente (surface C) à la surface du cristal ( 0001), et la pellicule de Al Noesdéposée de façon que son axe C soit
perpendiculaire à la surface du substrat en saphir 1-.
L'onde acoustique de surface est forcée à se propager dans la direction perpendiculaire à l'axe piézo-électrique (axe C) de la pellicule 2 en AMN et dans la direction équivalente à l'axe ú 1 T 00 o 3 (axe Y) sur la surface ( 0001)
du substrat en saphir 1.
La figure 2 montre la caractéristique de dispersion de vitesse à l'onde acoustique de surface que l'on obtient par le premier exemple Sur cette figure, l'axe des abscisses représente l'épaisseur normalisée 2 qr H/X Q( est la longueur d'onde de l'onde acoustique de surface) lorsque l'épaisseur de la pellicule 2 en AMN est H, tandis que l'axe des ordonnées est la vitesse de phase V de l'onde acoustique de surface La vitesse de phase ne se disperse pas
beaucoup mais est très importante.
La figure 3 montre une courbe caractéristique du coefficient de couplage électromécanique que l'on obtient par le premier exemple L'axe des abscisses représente l'épaisseur normalisée 2 p H/ A tandis que l'axe des ordonnées est le coefficient de couplage électromécanique K Lorsque l'épaisseur normalisée 2 r H/A est de 2,0 à 6,0, K 2 est de 0,22 % à 0,27 % Cette valeur est en général adaptée à la production et à la détection d'une onde
acoustique de surface, et conduit à une excellente piézo-
électricité. La figure 4 montre une courbe caractéristique du coefficient de température du temps de retard (TCD) à l'onde acoustique de surface que l'on obtient par le premier exemple L'axe des abscisses est l'épaisseur normalisée 2,n H/X tandis que l'axe des ordonnées montre le rapport de variation de température ( 1/t') (at / T) du temps de retard t en ppm/OC Comme le coefficient de température du temps de retard du substrat en saphir 1 est positif tandis que celui de la pellicule 2 de Al N est négatif, les deux coefficients de température se compensent et la caractéristique résultante varie selon l'épaisseur H de la pellicule 2 en Al N Lorsque l'épaisseur H est dans une plage satisfaisant à la relation 3,0 4 ' 211 r H/A < 5,0, le rapport de variation de la température du temps de
retard s'approche de zéro.
Par conséquent, dans le premier exemple on réalise un dispositif à onde acoustique de surface dont la caractéristique de variation de la température du temps de retard est excellente ainsi que la caractéristique de
dispersion de vitesse'et la caractéristique K 2.
On décrira ci-après un second exemple Le second exemple est différent du premier simplement parce que l'onde acoustique de surface est forcée à se propager dans la direction équivalente à l'axe l 1170-l (axe X) sur la surface ( 0001) du substrat en saphir au lieu de la
direction équivalente à l'axe l 1 o 00 l (axe Y).
La figure 5 montre une caractéristique de dispersion de vitesse à l'onde acoustique de surface que l'on obtient par le second exemple La vitesse de phase
Vp ne se disperse Pas beuccup mais est très importante.
La figure 6 montre une courbe caractéristique
d'un coefficient de couplage électromécanique (caractéris-
tique K 2) que l'on obtient par le second exemple Quand l'épaisseur normalisée est de 2,0 à 8,0, K 2 est de 0,2 %
à 0,28 % Cette valeur est en général adaptée à la produc-
tion et à la détection d'une onde acoustique de surface
et conduit à une excellente piézo-électricité.
La figure 7 montre une courbe caractéristique du coefficient de température du temps de retard (TCD) de l'onde acoustique de surface que l'on obtient par le second exemple Quand l'épaisseur H de la pellicule 2 en Al N est dans une plage pour satisfaire à la relation
3,0 2 îYH/,\ < 6,0, le rapport de variation de tempéra-
ture du temps de retard s'approche de zéro.
Par conséquent, le second exemple permet également de réaliser un dispositif à onde acoustique de surface ayant une excellente caractéristique de variation de température de temps de retard ainsi qu'une excellente caractéristique de dispersion de vitesse et une excellente
caractéristique de K 2.
Un troisième exemple sera décrit ci-après o le substrat en saphir 1 est coupé par la surface R qui équivaut à la surface du cristal ( 0112) et la pellicule 2 en AIN est déposée de façon que son axe C soit parallèle à l'axe l O o 11 l du substrat 1 en saphir L'onde acoustique de surface est forcée à se propager en direction parallèle à l'axe piézo-électrique (axe C) de la pellicule 2 en Al N et dans la direction équivalente à l'axe lo LT 1 J sur la
surface ( 0112) (surface R) du substrat 1 en saphir.
La figure 8 montre une caractéristique de disper-
sion de vitesse de l'onde acoustique de surface que l'on obtient par le troisième exemple La vitesse de phase Vp
ne se dispersepes beaucoup mais est très importante.
La figure 9 montre une courbe caractéristique du coefficient de couplage électromécanique que l'on obtient par le troisième exemple Quand l'épaisseur normalisée 2 vr H/ A est de 1,0 à 8,0, K 2 est de 0,75 % à 0, 8 % Cette valeur est en général appropriée à la production et à la détection d'une onde acoustique de surface, et conduit à une excellente piézo-électricité. La figure 10 montre une courbe caractéristique du coefficient de température de temps de retard (TCD) de l'onde acoustique de surface que l'on obtient par le troisième exemple Quand l'épaisseur H de la pellicule 2 de Al N est dans une plage pour satisfaire à la relation
2,0 < 2 îr H/X < 5,0, le rapport de variation de tempéra-
ture de temps de retard s'approche de zéro.
Par conséquent, le troisième exemple permet également de réaliser un dispositif à onde acoustique de surface ayant une excellente caractéristique de la variation de la température du temps de retard ainsi qu'une excellente caractéristique de dispersion de vitesse et une
excellente caractéristique de K 2.
Les figures 11 à 14 montrent d'autres modes de réalisation de la présente invention o un substrat en silicium monocristallin ayant un coefficient de température de temps de retard positif à l'onde acoustique de surface
est utilisé comme substrat élastique.
Dans le mode de réalisation de la figure 11, le chiffre de référence 11 désigne un substrat en silicium monocristallin qui est coupé par une surface qui équivant à la surface du cristal ( 111), la surface du cristal ( 110) ou la surface du cristal ( 001) Le chiffre de référence 12 désigne une pellicule de Al N qui est déposée sur le substrat en silicium monocristallin 11 de façon que l'axe piézo-électrique (axe C ou axe l 0001 l) de la pellicule soit perpendiculaire ou parallèle au substrat en silicium monocristallin 11 Les chiffres de référence 13 et 14 sont des électrodes en forme de peigne pour produire une onde acoustique de surface et des électrodes en forme de peigne
pour détecter l'onde acoustique de surface respectivement.
Le symbole de référence H est l'épaisseur de la pellicule 12 de Al N. La figure 15 A montre les caractéristiques de dispersion de vitesse que l'on obtient lorsque les dispositifs des figures 11 à 14 sont utilisés et que l'onde acoustique de surface se propage en direction perpendicu- laire à l'axe piézo-électrique (axe C ou axe l 0001 J) de la pellicule 12 en Al N Sur la figure 11, l'axe des abscisses représente l'épaisseur normalisée 2 xt H/ X tandis que l'axe des ordonnées est la vitesse de phase Vp de l'onde acoustique de surface La courbe (a) est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe Llîî J sur la surface ( 111) du substrat en silicium monocristallin 11, la courbe (b) est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans une direction équivalente à l'axe Li 001 l sur la surface ( 110) du substrat en silicium monocristallin 11, et la courbe (c) est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe l 011 jsur la surface ( 100) du substrat en silicium monocristallin 11 Comme cela est apparent sur la figure, la vitesse de phase Vp ne se
disperse pas beaucoup mais est très importante.
La figure 16 A montre les courbes caractéristiques des coefficients de couplage électromécanique que l'on obtient par les mêmes modes de réalisation L'axe des abscisses est l'épaisseur normalisée 22 IVH/ X tandis que l'axe des ordonnées est le coefficient de couplage électromécanique K 2 Sur cette figure, le dispositif A a la structure de la figure 11 Ces courbes montrent que
l'on peut obtenir des coefficients de couplage électro-
mécanique K adaptés à la production et à la détection
de l'onde acoustique de surface et d'excellentes piézo-
électricités. Les figures 17 A à 17 D montrent les courbes caractéristiques des coefficients de température de temps de retard (TCD) que l'on obtient par les mêmes modes de réalisation L'axe des abscisses est l'épaisseur normalisée 2-n H/zt tandis que l'axe des ordonnées montre le rapport de variation de température ( 1/ R) ( t / T) du retard'r de l'onde acoustique de surface en ppm/OC La courbe de la figure 17 A est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe l 11 i l sur la surface ( 111) du substrat en silicium monocristallin 11, la courbe de la figure 17 B est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe 001 J de la surface ( 110), la courbe de la figure 17 C est obtenue lorsque l'onde
acoustique de surface se propage dans la direction équi-
valente à l'axe l 100 J sur la surface ( 001), et la
courbe de la figure 17 D est obtenue lorsque l'onde acous-
tique de surface se propage dans la direction équivalente
à l'axe lo 110 j sur la surface ( 001), respectivement.
Comme le coefficient de température-de temps de retard du substrat en silicium monocristallin 11 est positif tandis que celui de la pellicule en Al N 12 est négatif, les deux
coefficients de température se compensent et la caracté-
ristique résultante varie selon l'épaisseur H de la pellicule 12 en Al N L'épaisseur H peut être déterminée de façon que l'allure de la variation de la température
du temps de retard s'approche de zéro.
La figure 15 B montre les caractéristiques de dispersion de vitesse de l'onde acoustique de surface que l'on obtient lorsque l'onde acoustique de surface se propage en direction parallèle à l'axe piézo-électrique (axe C ou axe l 00013) La courbe (d) est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans une direction équivalente à l'axe l 001 j sur la surface ( 001) du substrat en silicium monocristallin 11 tandis que la courbe (e) est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe l 001 o sur la
surface ( 110) du substrat en silicium monocristallin 11.
La vitesse de phase Vp ne se disperse pes eaucoup et est
très importante.
Les figures 16 C et 16 D montrent des courbes
caractéristiques du coefficient de couplage électro-
mécanique que l'on obtient par le même dispositif et par les mêmes directions de propagation Le dispositif A des mêmes figures a la structure de la figure 11 La courbe de la figure 16 C est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe l 001 l sur la surface ( 110) du substrat en silicium monocrista Lin Il tandis que la courbe de la figure 16 D est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans une direction équivalente à l'axe l 100 j sur la surface ( 001) du substrat 11 Ces figures montrent que
l'on peut obtenir des coefficients de couplage électro-
mécanique K 2 adaptés à la production et à la détection d'une onde acoustique de surface et d'excellentes piézo-électricités. Les figures 17 E et 17 F montrent les coefficients
de température de temps de retard (TCD) de l'onde acous-
tique de surface dans la même condition La courbe de la figure 17 E est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe l 100 1 sur la surface ( 001) du substrat monocristallin en silicium 11 tandis que la courbe de la figure 17 F est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe l 001 l sur la surface ( 110) du substrat 11 Comme on peut le comprendre sur les figures 17 A à 17 F, lorsque l'épaisseur H de la pellicule 12 en Al N est dans la plage pour satisfaire à la relation 0, 2 < 2 r H/ A < 3,0, le rapport de variation
de température de temps de retard s'approche de zéro.
Le mode de réalisation de la figure 12 a une
structure qui comprend le substrat en silicium monocristal-
lin de la figure 11, les électrodes 13 de production de l'onde acoustique de surface ainsi que les électrodes 14 de détection de l'onde acoustique de surface toutes prévues à la surface du substrat 11 et la pellicule 12 en Al N déposée sur le substrat 11 afin de couvrir les
électrodes 13 et 14.
Le mode de réalisation de la figure 13 a une
structure qui comprend le substrat en silicium mono-
cristallin 11, deux électrodes formant écrans 17 prévues sur des parties du substrat 11 pour servir de secondes électrodes, la pellicule 12 en Al N prévue sur le substrat 11 afin de couvrir les électrodes formant écrans 17 et les électrodes 13 génératrices de l'onde acoustique de surface ainsi que les électrodes 14 de détection de l'onde acoustique de surface toutes prévues sur la pellicule 12 de Al N. Le mode de réalisation de la figure 14 a une
structure qui comprend le substrat en silicium mono-
cristallin 11, les électrodes 13 génératrices de l'onde acoustique de surface ainsi que les électrodes 14 de détection de l'onde acoustique de surface qui sont prévues à la surface du substrat 11 pour servir de premières électrodes, la pellicule 12 en Al N prévue sur le substrat 11
afin de couvrir les électrodes 13 et 14 et les deux élec-
trodes formant écran 17 prévues sur des parties de la pellicule 12 en Al N.
Les figures 16 A et 16 B montrent les caractéris-
tiques de K 2 que l'on obtient lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction perpendiculaire à l'axe piézo-électrique de la pellicule 12 en Al N en utilisant les dispositifs à onde acoustique de surface ayant les structures des figures 12 à 14 Sur ces figures, le dispositif B correspond à la figure 12, le dispositif C
à la figure 13 et le dispositif D à la figure 14, respec-
tivement Ces figures montrent que l'on peut obtenir des K 2 coefficients êlectromúcaniquel K 2 adaptés à la production et à la détection de l'onde acoustique de surface et
d'excellentes piézo-électricités.
Les figures 16 C et 16 D montrent les caractéristique de K 2 que l'on obtient lorsque l'onde acoustique de surface
se propage dans la direction parallèle à l'axe piézo-
électrique de la pellicule 12 en Al N en utilisant les dispositifs des figures 12 à 14 La courbe de la figure 16 C est obtenue quand l'onde acoustique de surface se propage dans une direction équivalente à l'axe o 001 j sur la surface ( 110) du substrat 11 tandis que la courbe de la figure 16 D est obtenue lorsque l'onde acoustique de surface se propage dans la direction équivalente à l'axe E 100 j sur la surface ( 001) du substrat Ces figures montrent que l'on peut obtenir des coefficients de couplage électromécanique K adaptés à la production et à la détection de l'onde acoustique de surface et à d'excellentes piézo-électricités. Comme cela est apparent par les figures 16 A à 16 D, quand l'épaisseur normalisée 2 W H/ S est comprise entre 0,2 et 6,0, on peut obtenir des valeurs de K 2
adaptées à un usage pratique et d'excellentes piézo-
électricités. La pellicule de AMN peut être une pellicule épitaxiée en AMN monocristallin Dans ce cas, le dispositif à onde acoustique de surface peut être produit par le
système représenté sur la figure 25.
La figure 25 donne un schéma-bloc d'un système MO-CVD (métal organiquedépôt de vapeur chimique) pour un traitement par épitaxie Le chiffre de référence 31 désigne un tube de réaction du type dressé o un substrat en silicium monocristallin 32 à traiter est placé sur une plaque rotative de support 3 Le chiffre de référence 34 désigne une source d'hydrogène gazeux (H 2), 35 est une source de gaz ammoniac (NH 3), 36 est une source d'un composé d'aluminium qui peut être du triméthylaluminium (TMA, A 1 (CH 3)3: liquide à la température ordinaire), par exemple 37 A et 37 B sont des tuyaux, 38 est une vanne, 39 est un débitmètre, 40 est un purificateur, 41 est une bobine haute fréquence, 42 est un tube d'aspiration
sous vide et 43 est un tube d'évacuation.
Tandis que l'on fait tourner le substrat en silicium monocristallin 32 dans le tube de réaction du type dressé 31 par la plaque rotative de support 33 et que l'on applique de la chaleur au substrat 32 par la bobine haute fréquence 41, du triméthylaluminium que fait bouillonner de l'hydrogène gazeux, est amené au tube de réaction 31 par le tuyau 37 A et de l'ammoniac gazeux est amené au tube de réaction 31 par le tuyau 37 B Le triméthylaluminium et l'ammoniac réagissent l 'un sur l'autre dans le tube de réaction 31, avec pour résultat la formation et la croissance épitaxiée d'une pellicule
de Al N sur le substrat en silicium monocristallin 32.
Une vitesse de croissance de la pellicule de
31 m/h de la pellicule de AMN a été obtenue dans les condi-
tions de traitement par épitaxie qui suivent: chaleur appliquée au substrat en silicium monocristallin 32 1.260 WC; débit d'hydrogène gazeux: 5 1/mn; débit d'ammoniac: 3 1/mn; et débit de triméthylaluminium 13,6 x 10 6 mole /mn Par ailleurs, des substrats en silicium monocristallin ayant une surface du cristal ( 111), une surface du cristal ( 110) et une surface du cristal ( 100) respectivement sont utilisés et sont traités de la même façon Comme résultat dans chaque cas, la pellicule de AMN
s'est développée dans la surface du cristal ( 0001).
Des substrats en matériaux autres que du silicium monocristallin peuvent être utilisés pour y former la
pellicule de AMN à condition que le coefficient de tempé-
rature de temps de retard soit négatif Par exemple, le
substrat peut comprendre une plaque en silicium mono-
cristallin et une pellicule de protection de surface en silicium en bioxyde de silicium déposée sur la plaque
en silicium monocristallin.
Les figures 18 à 21 montrent d'autres modes de réalisation selon l'invention o un substrat SOS (silicium sur saphir) est utilisé comme substrat élastique avec un coefficient de température de temps de retard positif
à l'onde acoustique de surface.
Sur la figure 18, le chiffre de référence 21 désigne un substrat SOS qui comprend un substrat en saphir 25 et une pellicule de silicium 26 déposée sur le substrat en saphir 25 Le chiffre de référence 22 désigne une pellicule de Al N déposée sur le substrat SOS 21 afin que l'axe piézoélectrique (axe C ou axe oo 01 ol) de la pellicule soit perpendiculaire ou parallèle à la surface du substrat SOS 21 Les chiffres de référence 23 et 24 sont des électrodes en forme de peigne pour la production d'une onde acoustique de surface et des électrodes en forme de peigne pour la détection de l'onde acoustique de surface, toutes prévues à la surface de la pellicule 22 en Ai N H est l'épaisseur de la pellicule 22 en Al N, et
T.est l'épaisseur de la pellicule de silicium 26.
La figure 22 A montre une caractéristique de dispersion de vitesse à l'onde acoustique de surface que l'onde obtient lorsque l'on utilise le dispositif de la figure 18 et o l'onde acoustique de surface se propage dans la direction perpendiculaire à l'axe piézo-électrique (axe C ou axe l 0001 l) de la pellicule 22 en Al N L'axe des abscisses est l'épaisseur normalisée 2-ri H/X; tandis que l'axe des ordonnées est la vitesse de phase Vp de l'onde acoustique de surface Comme cela est apparent sur la figure, la vitesse de phase Vp ne se disperse pas
beaicoup et est très importante.
La figure 23 A montre une courbe caractéristique du coefficient électromécanique que l'on obtient dans la même condition L'axe des abscisses est l'épaisseur normalisée 2 WH/X tandis que l'axe des ordonnées est le coefficient de couplage électromécanique K 2 Le
dispositif A correspond à la structure de la figure 18.
Quand l'épaisseur normalisée 2-w H/ X est proche de 3,0, la valeur de K est environ de 0,39 % Cette valeur est appropriée à la production et à la détection de l'onde
acoustique de surface.
La figure 24 A montre une courbe caractéristique du coefficient de température de temps de retard (TCD) à l'onde acoustique de surface que l'on obtient dans la même condition L'axe des abscisses est l'épaisseur normalisée 2 Wr H/ 1 tandis que l'axe des ordonnées montre le rapport de variation de température ( 1/r) (a 1 t/Ä T) du temps de retard IC de l'onde acoustique de surface en ppm/OC Comme le coefficient de température de temps de retard du substrat SOS 21 est positif tandis que celui de la pellicule 22 en Al N est négatif, les deux coefficients de température se compensent et la caractéristique résultante varie selon l'épaisseur H
de la pellicule 22 en Al N Quand l'épaisseur H est déter-
minée pour répondre à la relation 1,0 c 2-t H/ A < 4,0, le rapport de la variation de la température du temps de
retard s'approche de zéro.
La figure 22 B montre une caractéristique de dispersion de vitesse de l'onde acoustique de surface que l'on obtient lorsque l'on utilise le dispositif de la figure 18 et o l'onde acoustique de surface se propage dans la direction parallèle à l'axe piézo-électrique (axe C ou axe l 0001 J) de la pellicule 22 en Al N Comme cela est apparent sur cette figure, la vitesse de phase V p
ne se disperse pas beaucoup et est très importante.
La figure 23 B montre une courbe caractéristique du coefficient de couplage électromécanique que l'on obtient dans la même condition La courbe A est la caractéristique qui correspond à la structure de la figure 18 Quand l'épaisseur normalisée 2 tr H/ A est proche de 2,9, K 2 est de l'ordre de 0,88 % Cette valeur est appropriée à la production et à la détection de
l'onde acoustique de surface.
La figure 24 B montre une courbe caractéristique du coefficient de température de temps de retard (TCD) à l'onde acoustique de surface que l'on obtient dans la même condition Lorsque l'épaisseur H de la pellicule 22 en Al N est déterminée pour répondre à la relation 1,0 '- 2-r H/X < 4, 0, le rapport de variation de la température du temps de
retard s'approche de zéro.
Le mode de réalisation de la figure 19 a une structure o les électrodes 23 de production de l'onde acoustique de surface et les électrodes 24 dedétection de l'onde acoustique de surface sont prévues sur la surface du substrat SOS 21 et la pellicule 22 en Ai N est ensuite déposée sur le substrat 21 afin de couvrir les électrodes 23
et 24.
Dans le mode de réalisation de la figure 20, deux électrodes formant écrar 27 devant servir de secondes électrodes, sont prévues sur des parties de la surface du substrat 21, la pellicule en AMN 22 est ensuite formée sur le substrat 21 afin de couvrir les électrodes formant écranset les électrodes génératrices de l'onde acoustique de surface 23 ainsi que les électrodes de détection de l'onde acoustique de surface 24 servant toutes deux de premières électrodes sont formées sur la pellicule 22
en AMN.
Dans le mode de réalisation de la figure 21, les électrodes 23 génératrices de l'onde acoustique de surface et les électrodes 24 de détection de l'onde acoustique de surface devant servir de premières électrodes sont formées à la surface du substrat 21 La pellicule 22 en AMN est ensuite déposée sur le substrat 21 afin de couvrir les électrodes 23 et 24 La paire d'électrodes formant écrars 27 devant servir de secondes électrodes est formée à la surface de la pellicule 22 en Al N. Quand les dispositifs des figures 19 à 21 sont utilisés et que l'onde acoustique de surface se propage dans la direction perpendiculaire à l'axe piézo-électrique de la pellicule 22 en Al N, les caractéristiques de dispersion de vitesse de l'onde acoustique de surface sont sensiblement les mêmes que celles de la figure 22 A, et les coefficients de température de temps de retard (TCD) à l'onde acoustique de surface sont sensiblement les mêmes
que ceux de la figure 24 A Par ailleurs, les caractéris-
tiques K 2 sont illustrées sur la figure 23 A o le disposi-
tif B correspond à-la structure de la figure 19, le dispositif C à la figure 20 et le dispositif D à la figure 21, respectivement Dans le cas du dispositif B, quand l'épaisseur normalisée 2 vr H/ L est proche de 3,1, K représente une caractéristique de crête double de 0,35 % Dans le cas du dispositif D, quand l'épaisseur normalisée 2 i' H/ A est de 0,27 et 3, 6, K 2 atteint deux pics à 0,27 % et 0,45 % respectivement Ces valeurs sont appropriées à la production et à la détection de
l'onde acoustique de surface.
Quand les dispositifs des figures 19 à 21 sont utilisés et que l'onde acoustique de surface se propage dans la direction parallèle à l'axe piézo-électrique de la pellicule 22 en AMN, les caractéristiques de dispersion de vitesse sont sensiblement les mêmes que celles de la figure 22 B, et les coefficients de température de temps de retard (TCD) à l'onde acoustique de surface sont
sensiblement les mêmes que sur la figure 24 B Les caracté-
ristiques de K 2 que l'on obtient dans les mêmes conditions sont représentées sur la figure 23 B o le dispositif B correspond à la structure de la figure 19, le dispositif C
à la figure 20 et le dispositif D à la figure 21, respec-
tivement Dans le cas du dispositif B, quand l'épaisseur normalisée 2 iy H/ X est de 0,4 et 2,9, K 2 atteint les pics à 0,15 % et 0,62 % respectivement Dans le cas du dispositif C, alors l'épaisseur normalisée 2 H/ X est proche de 1,9, K 2 est de 0,97 % et dans le cas de D, quand l'épaisseur normalisée 2-r H/ X est proche de 2,8, K 2 est de 0,7 % Ces valeurs sont adaptées à la production
et à la détection de l'onde acoustique de surface.
Comme le montrent les figures 23 A et 23 B, en choisissant une épaisseur normalisée 2-vn H/ > de 0,1 à 6,0, il est possible d'obtenir des valeurs de K 2 appropriées à un usage pratique et à d'excellentes piézoélectricités. Le substrat SOS pour dépôt de la pellicule de AMN peut être remplacé par d'autres matériaux souhaités ayant
des coefficients de température de temps de retard négatifs.
Comme la pellicule de Al N a un grand intervalle d'énergie de 6,2 e V et peut facilement être conçue pour avoir une résistance spécifique supérieure à 1016 ohmcm,
son isolement est excellent.
Par ailleurs, la pellicule de Al N est supérieure à une pellicule d'oxyde de zinc faite par pulvérisation, parce que l'on peut obtenir une pellicule de qualité régulière et constante Cela permet de maintenir la perte de propagation faible même dans la bande des hautes fréquences. En particulier comme le coefficient de température de temps de retard à l'onde acoustique de surface de la pellicule de AMN est négatif, quand elle est déposée sur
un substrat tel qu'un substrat en saphir dont le coeffi-
cient de température de temps de retard est à son tour positif, les deux coefficients de température se compensent et la caractéristique résultante est stable vis-à-vis des variations de température La stabilité du dispositif à onde acoustique de surface vis-à-vis des variations de température est le facteur le plus important dans un dispositif de traitement de signaux sur bande
étroite comme un résonateur, un oscillateur et autres.
De ce point de vue, chacun des dispositifs ci-dessus mentionnés garantit une action stable contre les variations de température Les mêmes dispositifs sont également assurés d'être adaptés à la bande des hautes fréquences et aux
faibles pertes de propagation.
Comme on l'a décrit ci-dessus, la présente invention o une structure élastique est utilisée en déposant une pellicule de Al N sur un substrat élastique dont le coefficient de température du temps de retard à l'onde acoustique de surface est positif, permet de réaliser un dispositif à onde acoustique de surface ayant
diverses caractéristiques excellentes.
Les effets principaux de la présente invention sont les suivants:
1 du fait de la vitesse rapide de l'onde acous-
tique de surface, la longueur d'onde dans la bande des hautes fréquences est importante, ce qui facilite ainsi la fabrication des électrodes en forme de peigne; 2 du fait du faible rapport des variations de fréquence selon la variation de l'épaisseur de la pellicule, il est facile de fabriquer des dispositifs appropriés à la plage souhaitée des fréquences, avec pour résultat un bon rendement et une réduction du prix; 3 il est possible de maintenir le temps de retard du dispositif à onde acoustique de surface proche de zéro; et 4 on peut facilement former une pellicule de Al N ayant un b Qn isolement Par ailleurs, une pellicule épitaxiée en Al N monocristallin est facilement formée par
une méthode MO-CVD.
Les orientations du cristal du substrat et de la pellicule de AMN ainsi que la direction de propagation de l'onde acoustique de surface ne sont pas restreints à ce qui a été décrit ici D'autres orientations et
directions peuvent avoir des effets semblables.
Claims (11)
1. Dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat élastique ( 1) ayant un coefficient de température de temps de retard positif à l'onde acoustique de surface; une pellicule de nitrure d'aluminium (Al N) ( 2) déposée sur ledit substrat élastique afin que l'axe
piézo-électrique de la pellicule ait une direction pré-
déterminée par rapport audit substrat élastique; et des électrodes d'onde acoustique de surface ( 3,4) prévues en des parties prédéterminées de ladite pellicule de Al N. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat élastique précité est
en saphir.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat en saphir précité a une surface majeure qui équivaut à la surface du cristal ( 0001), l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N précitée étant perpendiculaire ou parallèle à ladite surface majeure dudit substrat en saphir, et les électrodes précitées ayant une onde acoustique de surface se propageant dans une direction équivalente à l'axe l 1 i Too I
sur ladite surface majeure dudit substrat en saphir.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur H de la pellicule de Al N précitée est dans une plage pour satisfaire à la relation 2 < 2 i YH/?X < 6 (; est la longueur d'onde de l'onde
acoustique de surface).
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat en saphir précité a une surface majeure équivalente à la surface du cristal ( 0001), l'axe piézo-électrique de la pellicule de AMN précitée étant perpendiculaire ou parallèle à la surface majeure dudit substrat en saphir et les électrodes précitées ayant une onde acoustique de surface se propageant dans la direction équivalente à l'axe l 1120 J sur ladite surface
majeure dudit substrat en saphir.
6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur H de la pellicule de Ai N précitée est dans une plage pour satisfaire à la relation
2 < 2 ç H/ l < 8.
7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat en saphir précité a une surface majeure équivalente à la surface du cristal ( 0112), l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N précitée étant perpendiculaire ou parallèle à la surface majeure dudit substrat en saphir et les électrodes précitées ont une onde acoustique de surface qui se propage dans une direction équivalente à l'axe | 011 J sur ladite surface
majeure dudit substrat en saphir.
8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur H de la pellicule précitée de AMN est dans une plage pour satisfaire à la relation
1 < 2 W H/)X < 8.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule de Al N est une
pellicule épitaxiée de Al N monocristallin.
10 Dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat élastique consistant principalement en un silicium monocristallin dont le coefficient de température de temps de retard à l'onde acoustique de surface est positif; une pellicule de AMN déposée sur ledit substrat de façon que l'axe piézo-électrique de la pellicule ait une direction prédéterminée par rapport audit substrat élastique; et des électrodes d'onde acoustique de surface prévues en des positions prédéterminées sur ladite pellicule de Al N. 11. Dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat élastique ( 11) consistant principa L" ment en un silicium monocristallin dont le coefficient de température de temps de retard à l'onde acoustique de surface est positif; une pellicule de Al N ( 12) déposée sur ledit substrat élastique de façon que l'axe piézo-électrique de la pellicule ait une direction prédéterminée par rapport audit substrat élastique; et des électrodes ( 13, 14) d'onde acoustique de surface prévues entre ledit substrat et ladite pellicule de Al N. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que des électrodes formant écrars ( 17) sont prévues en des positions sur le substrat précité qui correspondent aux positions des électrodes précitées de
l'onde acoustique de surface.
12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que des électrodes formant écranssont prévues en des positions entre le substrat précité et la pellicule de ALN précitée qui correspondent à des positions
des électrodes de l'onde acoustique de surface précitées.
14. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 10, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que le
substrat élastique précité est fait en silicium mono-
cristallin. 15. Dispositif selon la revendication 14,
caractérisé en ce que le substrat en silicium mono-
cristallin précité a une surface majeure équivalente à la surface du cristal ( 111), l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N précitée étant perpendiculaireou parallèle à ladite surface dudit substrat en silicium monocristallin, et les électrodes précitées de l'onde acoustique de surface ayant une onde acoustique de surface se propageant dans le
direction perpendiculaire ou parallèle à l'axe piézo-
électrique de ladite pellicule en Al N. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'épaisseur H de la pellicule de Al N précitée est dans une plage pour satisfaire à la relation
0,2 < 2-r H/> < 2,5.
17 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le substrat en silicium monocristallin précité a une surface majeure qui équivaut à la surface du cristal ( 110), l'axe piézo-électrique de la pellicule de Ai N précitée étant perpendiculaire ou parallèle à la surface majeure dudit substrat et les électrodes de l'onde acoustique de surface précitées ayant une onde acoustique de surface qui se propage dans la direction perpendiculaire ou parallèle à l'axe piézo-électrique de ladite pellicule de Al N. 18 Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'épaisseur H de la pellicule de Al N précitée est dans une plage pour satisfaire à la relation
1 < 2 r H/X < 3.
19. Dispositif selon la revendication 14,
caractérisé en ce que le substrat en silicium mono-
cristallin précité a une surface majeure équivalente à la surface du cristal ( 001), l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N étant perpendiculaire ou parallele à la surface majeure dudit substrat et les électrodes préc Fées de l'onde acoustique de surface ayant une onde acoustique de surface qui se propage dans une direction perpendiculaire ou parallèle à l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'épaisseur H de la pellicule de Al N précitée est dans une plage pour satisfaire à la relation
1 42, / X < 2.
21. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 10, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que la
pellicule précitée de Al N est une pellicule monocristalline épitaxiée. 22 Dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend
un substrat en SOS (silicium sur saphir) ( 21)-
consistant en un substrat en saphir ( 25) et une pellicule de silicium ( 26) prévue sur ledit substrat en saphir, le coefficient de température du temps de retard dudit substrat en SOS à l'onde acoustique de surface étant positif; une pellicule de Al N ( 22) déposée sur ledit substrat SOS afin que l'axe piézo-électrique de ladite pellicule ait une direction prédéterminée par rapport audit substrat SOS; et des électrodes d'onde acoustique de surface ( 23,24) prévues en des positions prédéterminées sur ladite pellicule de Al N. 23. Dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat SOS (silicium sur saphir) consistant en un substrat en saphir et une pellicule en silicium déposée sur ledit substrat en saphir, le coefficient de température du temps de retard dudit substrat SOS étant positif; une pellicule de Al N déposée sur ledit substrat SOS afin que l'axe piézo-électrique de la pellicule ait une direction prédéterminée par rapport audit substrat SOS; et des électrodes d'onde acoustique de surface prévues entre ledit substrat SOS et ladite pellicule de Al N. 24 Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que des électrodes formant écrar sont prévues en des positions sur ledit substrat SOS qui correspondent à des positions des électrodes d'onde
acoustique de surface précitées.
25 Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que des électrodes formant écrans sont formées en des positions entre le substrat SOS précité et la pellicule de Al N précitée correspondant à des positions des électrodes précitées d'onde acoustique
de surface.
26. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 22, 23, 24 ou 25, caractérisé en ce que
l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N précitée est perpendiculaire à une surface majeure du substrat SOS précité. 27. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 22, 23, 24 ou 25, caractérisé en ce que
l'axe piézo-électrique précité de la pellicule de Al N est parallèle à une surface majeure du substrat SOS précité. 28. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'onde acoustique de surface précitée se propage dans une direction perpendiculaire ou parallèle
à l'axe piézo-électrique de la pellicule de Al N précitée.
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