FR3079101A1 - Structure de transducteur pour suppression de source dans les dispositifs de filtres a ondes acoustiques de surface - Google Patents

Abstract

L’invention concerne une structure de transducteur pour un dispositif à ondes acoustiques de surface, comprenant une paire d’électrodes en peigne interdigitées (302, 304), dans lequel ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées (302, 304) comprend des moyens d'électrode voisins (306, 308) appartenant à différentes électrodes en peigne (302, 304) et ayant un pas p défini comme la distance de bord à bord de moyens d’électrode entre deux moyens d'électrode voisins (306, 308), le pas p satisfaisant la condition de Bragg ; caractérisé en ce que ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées (302, 304) comprend au moins une région (316) dans laquelle deux moyens d'électrode voisins ou plus (306, 308) appartiennent à la même électrode en peigne (302, 304) tout en ayant une distance de bord à bord les uns par rapport aux autres correspondant au pas p. L'invention concerne également un dispositif de filtre d’ondes acoustiques de surface. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Structure de transducteur pour suppression de source dans les dispositifs de filtres à ondes acoustiques de surface

L’invention concerne les dispositifs de filtre à ondes acoustiques de surface et, plus particulièrement des structures de transducteur pour dispositifs de filtre à ondes acoustiques de surface.

Ces dernières années, les dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) ont été utilisés dans un nombre croissant d'applications pratiques, telles que les filtres, les capteurs et les lignes à retard. En particulier, les filtres SAW sont intéressants pour des applications de téléphonie mobile en raison de leur capacité à former des filtres passe-bande d’ordre élevé à faible perte sans utiliser de circuits électriques complexes. Par conséquent, les filtres SAW offrent des avantages significatifs en termes de performances et de taille par rapport aux autres technologies de filtre.

Dans un dispositif à ondes acoustiques de surface typique, un ou plusieurs transducteurs interdigités (IDT) sont utilisés pour convertir des ondes acoustiques en signaux électriques, et vice versa, en utilisant l'effet piézoélectrique de certains matériaux. Un transducteur ïnterdigital (IDT) comprend l’opposition de « peignes » avec des doigts métalliques interdigités disposés sur un substrat piézoélectrique. Une onde acoustique de surface peut être établie sur le substrat par excitation électrique des doigts. Inversement, un signal électrique peut être induit à travers les doigts par une onde acoustique de surface se propageant dans le matériau de substrat piézoélectrique sous le transducteur.

Les dispositifs SAW utilisent couramment des plaquettes fabriquées partir d’un quartz monolithique, de cristaux de LiNbO₃ ou LiTaO₃ en tant que matériaux piézoélectriques. Cependant, l'utilisation de substrats piézoélectriques souffre soit d'une sensibilité élevée à la température, soit d'un faible couplage électromécanique en fonction du matériau piézoélectrique utilisé, ce qui entraîne une mauvaise performance des caractéristiques de bande passante des filtres.

Une approche a conduit à l'utilisation de substrats composites pour de tels dispositifs. Un substrat composite peut comprendre une ou plusieurs couches formées sur un substrat de base. La conception d’une couche unique sur le dessus du substrat est une option préférée car il s’agit d’une conception simple, et permet l’utilisation de substrats de base qui ne sont pas piézoélectriques, tant que la couche unique supérieure est constituée d'un matériau piézoélectrique. Un substrat composite avec une combinaison d’un couplage fort, par exemple un coefficient électromécanique k_s ² supérieur à 1 % et une stabilité en température, par exemple pour un coefficient de température de fréquence (CTF) inférieur à 10 ppm/K, va améliorer la performance des dispositifs SAW et offrir de la flexibilité de conception.

Un substrat composite offre un large choix de matériaux pour le substrat de base, et des matériaux de substrat de base à vitesse élevée de propagation d'onde acoustique peuvent être choisis, tels que le Diamant, le Saphir, le Carbure de Silicium et même le Silicium.

Il est également possible de réduire la sensibilité en température du dispositif fabriqué sur un substrat composite par rapport à un dispositif fabriqué sur un substrat piézoélectrique en ajustant les matériaux utilisés compte tenu de leur coefficient de température de fréquence (CTF). Par exemple, il est possible d'utiliser deux matériaux ayant un coefficient de température de fréquence (CTF) opposé, ce qui conduit à des dispositifs SAW qui sont spectralement plus stables en température. Il est également possible d'utiliser un substrat qui présente une dilatation thermique inférieure à celle de la couche supérieure, imposant ainsi la dilatation thermique du composite et générant également une réduction du CTF.

Enfin, le choix de matériaux, leur combinaison, leur orientation et l'épaisseur de la couche supérieure unique offrent un large éventail de possibilités de conception par rapport à l'utilisation de substrats piézoélectriques seuls, ce qui laisse la possibilité d'améliorer les dispositifs SAW dans le domaine du filtrage de hautes fréquences.

Cependant, jusqu'à présent, bien que certains dispositifs de filtre SAW basés sur une structure composite peuvent fournir de bonnes caractéristiques de température, ils subissent encore une dégradation significative en matière de performance de la bande passante du filtre, comme décrit dans US 5 998 907, entraînant une perte d'insertion plus élevée et un rétrécissement de la bande passante les rendant impropres aux applications mobiles.

De plus, les dispositifs de filtre SAW basés sur des substrats composites présentent également un niveau élevé de modes parasites, correspondant aux modes excités survenant au niveau de la surface réfléchis au niveau de l’interface couche piézoélectrique / substrat. Un tel effet est typiquement observé une fois que l'épaisseur de couche de la couche piézoélectrique est supérieure à une demi-longueur d'onde. Un tel effet est en effet également observé pour des filtres SAW à base de substrat massif relativement mince, d'une épaisseur de l'ordre de 250 pm ou moins, du fait de la réflexion au niveau de l'interface entre la surface inférieure du substrat et l'air.

Il en résulte ce que l'on appelle « l'effet de crécelle », en dehors de la bande passante du filtre, qui réduit la performance du dispositif de filtre et plus particulièrement son rejet hors bande. Diverses approches ont essayé de traiter ces résonances parasites, comme par exemple dans DE 102 017 108 483, en ajoutant une couche supplémentaire au niveau de l'interface réduisant les réflexions, ou comme dans US 2017/0 104 470, en modulant le pas d'électrode de la structure de transducteur des différentes parties du transducteur. Mais de telles approches imposent des contraintes et des limites de fabrication aux dispositifs de filtre SAW.

Par conséquent, la performance de filtres SAW sur un substrat composite doit encore être améliorée.

Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients cités précédemment en proposant un dispositif de filtre à ondes acoustiques de surface déposé sur un substrat composite avec des paramètres améliorés.

Le but de l'invention est atteint par une structure de transducteur pour un dispositif à ondes acoustiques de surface, formée sur un substrat de propagation d'onde acoustique, ledit transducteur étant adapté au couplage à une charge et/ou une source électrique, comprenant une paire d'électrodes en peigne interdigitées formées sur ledit substrat, dans lequel ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées comprend- des moyens d'électrode voisins appartenant à différentes électrodes en peigne et ayant un pas p défini comme étant la distance de bord à bord de moyens d’électrode entre deux moyens d’électrode voisins, le pas p satisfaisant la condition de Bragg donnée par ρ = λ/2, λ étant la longueur d'onde acoustique de fonctionnement dudit transducteur, caractérisée en ce que ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées comprend au moins une région dans laquelle deux moyens d'électrode voisins ou plus appartiennent à la même électrode en peigne tout en ayant une distance de bord à bord les uns par rapport aux autres correspondant au pas p. La longueur d'onde acoustique de fonctionnement λ du transducteur correspond à la fréquence de résonance f_r de la structure de transducteur sous la forme f_r = V/2p = V/λ, V étant la vitesse de propagation d'onde acoustique dans le substrat de propagation d’onde acoustique. Il est possible d'utiliser une structure de transducteur à la condition de Bragg dans un mode synchrone et de modifier au moins une région de la structure de transducteur afin de pouvoir réduire la densité de source électroacoustique de la structure de transducteur, sans modifier ses caractéristiquesstructurelle. En effet, une source électroacoustique est définie par le fait que deux moyens d’électrode voisins sont connectés à des potentiels alternatifs/différents.

Par conséquent, au moins deux moyens d'électrode voisins ou plus étant connectés au même potentiel conduisent à la suppression d'une ou plusieurs sources électroacoustiques dans le dispositif. Ainsi, moins d'ondes acoustiques sont générées et détectées. Il devient donc possible de contrôler l'efficacité d'excitation et de détection d’ondes acoustiques de la structure de transducteur par suppression d'une ou plusieurs sources électroacoustiques dans la structure du transducteur, sans modifier ses caractéristiques structurelles. De plus, comme les substrats composites ou substrats massifs minces sont connus pour donner des modes parasites dans les caractéristiques de filtrage d’un filtre SAW, une réduction du coefficient de couplage électrochimique k_s ² de la structure de transducteur présente dans le dispositif SAW par suppression d'une ou plusieurs les sources électroacoustiques dans la structure du transducteur devrait conduire à une réduction de la présence ou de la détection de ces modes parasites. Il est ici possible de réduire le coefficient de couplage électrochimique k_s ² dans la structure du transducteur d'un facteur proportionnel à la densité de source électroacoustique en considérant la longueur totale du transducteur et le nombre de moyens d'électrode de la structure du transducteur.

Selon une variante de l'invention, la structure de transducteur peut comprendre une paire d'électrodes en peigne interdigitées formées sur ledit substrat, dans laquelle ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées comprend des moyens d'électrode voisins appartenant à différentes électrodes de peigne et ayant un pas p défini comme étant la distance de bord à bord de moyens d’électrode entre deux moyens d’électrode voisins, le pas p satisfaisant la condition de Bragg donnée par ρ = λ/2, λ étant la longueur d'onde acoustique de fonctionnement dudit transducteur, et dans lequel les moyens d'électrode ont tous la même géométrie; caractérisé en ce que ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées comprend au moins une région dans laquelle deux moyens d'électrode voisins ou plus appartiennent à la même électrode en peigne tout en ayant une distance de bord à bord les uns par rapport aux autres correspondant au pas p et ayant la même géométrie. Dans une variante, tous les moyens d'électrode ont la même géométrie.

Egalement dans ces variantes, il est possible d'utiliser une structure de transducteur à la condition de Bragg dans un mode synchrone, et au moins une région de la structure de transducteur est modifiée pour réduire la densité de source électroacoustique de la structure de transducteur. Il devient donc possible de contrôler l'efficacité d'excitation et de détection d’ondes acoustiques de la structure de transducteur par suppression d'une ou plusieurs sources électroacoustiques dans la structure du transducteur. En outre, le coefficient de couplage électrochimique k_s ² dans la structure de transducteur peut être réduit d'un facteur proportionnel à la densité de source électroacoustique en prenant en compte la longueur totale du transducteur et le nombre d'électrodes de la structure de transducteur. Il est ainsi possible de réduire la présence ou au moins la détection des modes parasites dus aux ondes électroacoustiques réfléchies dans le substrat dans la structure du transducteur.

Selon une variante de l'invention, la structure de transducteur comprend une pluralité de régions avec deux moyens d'électrode ou plus appartenant à la même électrode en peigne. Ainsi, la suppression de sources électroacoustiques est augmentée dans la structure du transducteur et permet de réduire davantage le coefficient de couplage électromécanique k_s ² du transducteur. La présence ou au moins la détection par la structure de transducteur des modes parasites dus aux ondes électroacoustiques réfléchies dans le substrat devrait donc également être réduite.

Selon une variante de l'invention, les moyens d'électrode sont un doigt d'électrode ou des doigts fendus, lesdits doigts fendus comprenant deux doigts d'électrode adjacents ou plus au même potentiel. Il est ainsi possible d'utiliser la suppression de sources électroacoustiques pour divers types de structure de transducteur, non seulement pour la structure de transducteur à une seule électrode, mais aussi par exemple pour le transducteur d'électrode à deux doigts.

Selon une variante de l'invention, les régions comportant deux moyens d'électrode voisins ou plus appartenant à la même électrode en peigne ne sont pas réparties de manière périodique, et en particulier sont réparties de manière aléatoire. Ainsi, la suppression de sources électroacoustiques et l'excitation d’ondes électroacoustiques ne sont pas réalisées de manière périodique. Un autre effet positif de la répartition des régions de manière non périodique est que des effets sous-harmoniques générés par la structure du transducteur sont réduits, voire même supprimés.

JSelon une variante de l'invention, la au moins une région, en particulier chacune de la au moins une région, avec deux moyens d’électrode voisins ou plus appartenant à la même électrode en peigne comporte un nombre pair, en particulier seulement deux, de moyens d'électrode voisins appartenant à la même électrode en peigne. Le fait d'avoir un nombre pair de doigts d'électrode voisins connectés au même potentiel dans la structure de transducteur conduit en fait à une suppression de sources électroacoustiques ainsi qu'à un changement de phase de π des ondes acoustiques de surface générées dans la structure de transducteur. Il est donc possible de réduire davantage le coefficient de couplage électromécanique k_s ² de la structure du transducteur. Dans le cas particulier où seulement deux doigts d’électrode sont connectés au même potentiel, seul un changement de phase de π des ondes acoustiques de surface générées dans la structure du transducteur se produit, ce qui entraîne une réduction du coefficient de couplage électromécanique k_s ² en particulier ici par un facteur de deux. L'idée est de créer une interférence destructive en combinant l'énergie émise de chaque côté des deux doigts d'électrode connectés à la même électrode en peigne vers le transducteur, tandis que l'énergie émise vers l'extérieur du transducteur sera effectivement lancée et réfléchie par le miroir. Cela réduira alors l'efficacité du transducteur d'un facteur de deux.

Selon une variante de l'invention, au moins une région, notamment chacune de la au moins une région, avec deux moyens d’électrode voisins ou plus appartenant à la même électrode en peigne comporte un nombre impair, en particulier seulement trois, de moyens d'électrode voisins appartenant à la même électrode en peigne. Le fait d'avoir un nombre impair de moyens d'électrode voisins appartenant à la même électrode en peigne entraîne la suppression d'une ou plusieurs sources électroacoustiques dans la structure de transducteur, ce qui entraîne une réduction du coefficient de couplage électromécanique k_s ² pour le transducteur. Du fait qu'au moins deux doigts d'électrode voisins étant connectés au même potentiel conduisent à la suppression d'une ou plusieurs sources électroacoustiques dans le dispositif, moins d'ondes acoustiques sont ainsi générées et détectées. Il devient donc possible de contrôler l'efficacité d'excitation et de détection des ondes acoustiques de la structure de transducteur par suppression d'une ou plusieurs sources électroacoustiques dans la structure de transducteur. De plus, comme des substrats composites ou substrats massifs sont connus pour conduire à des modes parasites dans les caractéristiques de filtrage d'un dispositif de filtre SAW, une réduction du coefficient de couplage électrochimique k_s ² de la structure de transducteur présente dans le dispositif de filtre SAW par suppression d'un ou plusieurs sources électroacoustiques dans la structure de transducteur devrait conduire à une réduction de la présence ou de la détection de ces modes parasites. Il est ici possible de réduire le coefficient de couplage électrochimique k_s ² dans la structure de transducteur d'un facteur proportionnel à la densité de source électroacoustique compte tenu de la longueur totale du transducteur et du nombre d'électrodes de la structure de transducteur.

Selon une variante de l'invention, le nombre de moyens d'électrode voisins appartenant à la même électrode en peigne est différent entre au moins deux régions avec deux moyens d'électrode voisins ou plus appartenant à la même électrode en peigne. Ainsi, des degrés de liberté supplémentaires existent pour la conception du transducteur, en particulier pour réduire encore le coefficient de couplage électromécanique k_s ² de la structure de transducteur. Une réduction du coefficient de couplage électromécanique k_s ² de la structure de transducteur permet de réduire la présence ou au moins la détection des modes parasites dus aux ondes électroacoustiques réfléchies dans le substrat dans la structure de transducteur.

Selon une variante de l'invention, des régions avec des moyens d'électrode voisins appartenant à la même électrode en peigne sont prévues sur les deux électrodes en peigne. Cela permettra d'améliorer encore les possibilités d'adapter la structure de transducteur aux besoins.

Selon une variante de l'invention, le substrat du dispositif de filtre à ondes acoustiques de surface peut être un substrat composite comprenant au moins un substrat de base d'un premier matériau et une couche supérieure d'un matériau piézoélectrique, en particulier LiTaO₃, en particulier LiTaO₃ avec une orientation cristalline définie selon la norme IEEE 1949 Std-176 en tant que (YX/)/<3 avec 36°<d<52°, plus particulièrement LiTaO₃ avec une coupe en Y à 42°, propagation X, définie par une coupe (YX/)/42° selon la norme IEEE 1949 Std-176. Ainsi, un substrat composite combinant des matériaux avec une stabilité en température peut être obtenu, ce qui permet d'améliorer encore les performances des dispositifs SAW et d’offrir une flexibilité de conception supplémentaire. En outre, un choix important de matériaux pour le substrat est disponible, à savoir que des matériaux de substrat ayant une vitesse de propagation d'onde acoustique élevée peuvent être choisis.

Selon une variante de l'invention, le substrat de base comprend du silicium. Le substrat de base peut en outre comprendre une couche riche en pièges proche de la couche supérieure de matériau piézoélectrique, ladite couche riche en pièges améliorant les performances d'isolation du substrat de base et pouvant être formée par au moins un parmi des matériaux polycristallins, amorphes ou poreux tels que par exemple le Silicium polycristallin, le Silicium amorphe ou le Silicium poreux, mais l'invention n'est pas limitée à de tels matériaux.

Pour transférer des couches piézoélectriques sur du silicium, des procédés de production en masse comme SmartCut™, utilisant une implantation ionique dans un substrat source piézoélectrique pour définir une couche à transférer, fixant le substrat source à un substrat de Silicium et transférant la couche par un traitement thermique ou mécanique, peuvent être utilisés. Une autre option consisterait à assembler un substrat source piézoélectrique sur le substrat de base et à effectuer ensuite un amincissement du substrat source piézoélectrique, en particulier en utilisant des traitements chimiques et/ou mécaniques. Comme substrats de base alternatifs, des substrats comme le diamant, le saphir ou le carbure de silicium pourraient être utilisés.

Selon une variante de l'invention, l'épaisseur de la couche piézoélectrique formée sur le substrat de base peut être supérieure à une longueur d'onde, en particulier supérieure à 20 pm. Comme l'épaisseur de la couche influence la fréquence d’utilisation du dispositif, il devient possible d'adapter l'épaisseur à une gamme de fréquences voulue et par exemple d'appliquer des dispositifs SAW pour filtrer des hautes fréquences.

Selon une variante de l'invention, le matériau du substrat de base et le matériau piézoélectrique ont un coefficient de température de fréquence (CTF) différent, en particulier un coefficient de température de fréquence (CTF) opposé. Un CTF élevé dans un substrat piézoélectrique standard entraîne un décalage des longueurs d'onde de la bande passante et conduit à une instabilité dans les dispositifs de filtre. En choisissant des CTF opposés entre le substrat de base et la couche piézoélectrique dans le substrat composite, il devient possible d'améliorer le comportement du transducteur en fonction de la température.

Selon une variante de l'invention, le matériau du substrat de base présente une dilatation thermique inférieure à celle du matériau piézoélectrique, en particulier jusqu'à dix fois plus faible, plus particulièrement dix fois plus petite. Par conséquent, le substrat de base dans le substrat composite peut imposer la dilatation thermique globale du substrat composite, donnant lieu à une réduction CTF du dispositif. Il devient possible d'améliorer le comportement du transducteur en fonction de la température.

L'objet de l'invention est également atteint avec un dispositif de filtre à ondes acoustiques de surface, comprenant un substrat de propagation d'onde acoustique et au moins une structure de transducteur telle que décrite précédemment. Ainsi, le dispositif de filtre SAW comprend une structure de transducteur dans laquelle la quantité de sources électroacoustiques actives dans sa structure, et donc son coefficient de couplage électrochimique k_s ², est contrôlée sans s'écarter de la condition de Bragg.

En particulier, la au moins une structure de transducteur du dispositif de filtre SAW peut comprendre une structure de transducteur avec une ou plusieurs des caractéristiques telles que décrites ci-dessus. Ainsi, le dispositif de filtre SAW comprend une structure de transducteur qui permet de commander son coefficient de couplage électromécanique k² par suppression de sources électroacoustiques dans sa structure. La suppression de sources électroacoustiques dans la structure de transducteur conduit à son tour à la réduction des signaux parasites en dehors de la bande passante du dispositif de filtre SAW et à des caractéristiques de filtre plus stables avec la température.

Selon une variante de l'invention, chaque structure de transducteur du dispositif de filtre à ondes acoustiques de surface a la même configuration. Cette caractéristique est particulièrement critique pour les filtres à élément d’impédance nécessitant que tous les éléments se comportent de manière similaire les uns par rapport aux autres pour optimiser la forme du filtre et son rejet hors bande.

Selon une variante de l'invention, la bande passante de filtre du dispositif de filtre SAW est plus étroite que la bande passante maximale pouvant être obtenue pour un couple modesubstrat donné, notamment comprise entre 0,1 et 2 % pour le cas de LiTaO₃ (YX/)/42° sur (100) silicium. La bande passante de filtre du dispositif de filtre SAW est modulable en fonction de la quantité de régions de suppression de sources électroacoustiques et de leur disposition non périodique ou aléatoire dans la au moins une structure de transducteur.

Comme la largeur de bande passante de filtre Δί est liée au coefficient de couplage électromécanique k_s ², il est donc possible de faire varier et de contrôler la bande passante de filtre SAW en faisant varier le coefficient de couplage électromécanique k_s ², sans modifier les caractéristiques structurelles de la structure du transducteur, à savoir la forme des moyens d'électrode, par exemple la largeur du doigt d'électrode, le pas de l'électrode. Ainsi, sans modifier le processus de fabrication utilisé et en ajustant simplement la quantité et la disposition de sources électroacoustiques supprimées, il devient possible d'adapter les caractéristiques du filtre. Par conséquent, le control du couplage électromécanique à partir d'une valeur donnée permet d'adresser diverses largeurs de bande de filtre sans dégradation de l'autre caractéristique du filtre, telles que le rejet, la linéarité de phase dans la bande, les pertes d'insertion, etc.

L'invention peut être comprise en se référant à la description suivante prise en association avec les figures annexées, dans lesquelles les références numériques identifient des caractéristiques de l'invention.

La figure 1 a représente une structure de transducteur interdigitée pour des dispositifs à ondes acoustiques de surface selon l'état de l’art.

La figure 1b est une vue latérale de la structure de transducteur interdigitée de la figure 1a sur un substrat composite, et illustre également les ondes acoustiques générées et réfléchies dans une telle structure, selon l'état de la technique.

La figure 2 illustre schématiquement une structure de transducteur interdigitée pour des dispositifs à ondes acoustiques de surface selon un premier mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 illustre schématiquement une structure de transducteur interdigitée pour des dispositifs à ondes acoustiques de surface selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

La figure 4 représente une structure de transducteur interdigitée pour des dispositifs à ondes acoustiques de surface selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

La figure 5a montre un exemple pratique d'un dispositif de filtre SAW qui est un dispositif de filtre du type échelle, comprenant six résonateurs en parallèle et six résonateurs en série, à titre d'exemple d'un dispositif de filtre à ondes acoustiques de surface.

La figure 5b montre un exemple pratique d'une structure de transducteur interdigitée pour le dispositif à ondes acoustiques de surface de la figure 5a, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.

La figure 5c montre un tracé de la variation du coefficient de couplage électromécanique k_s ², avec le nombre de doigts d'électrode connectés dans la structure de transducteur interdigitée de la figure 5b, selon le quatrième mode de réalisation.

La figure 5d illustre les caractéristiques de dispositif de filtre SAW pour le dispositif de filtre SAW de la figure 5a, en utilisant la structure de transducteur de la figure 5b.

La figure 5e illustre la simulation des caractéristiques de dispositif de filtre SAW de la figure 5a, avec une structure de transducteur selon la figure 5b avec et sans suppression non périodique de sources électroacoustiques selon le quatrième mode de réalisation de l'invention.

Sur la figure 1a, une structure de transducteur 100 selon l'état de l’art est représentée. La structure de transducteur 100 comprend des électrodes en peigne interdigitées opposées 102 et 104, chacune comporte une pluralité de doigts d'électrode, respectivement 106 et 108, s'étendant à partir d'une partie conductrice respective 110 et 112 et étant interdigités les uns avec les autres. Les électrodes 102 et 104 et les parties conductrices 110 et 112 sont formées de tout métal conducteur approprié, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium.

Il convient de noter que des transducteurs ont généralement un nombre beaucoup plus grand de doigts d'électrode que ce qui représenté sur la figure 1. Le nombre de doigts d'électrode réel a été réduit de manière significative dans les figures dans un effort pour représenter plus clairement le concept global.

Une charge électrique 114 est illustrée comme étant couplée à travers les électrodes 102, 104. Cependant, il sera compris qu'un potentiel de source 114 peut également être couplé à travers les électrodes 102, 104, selon que le transducteur 100 est utilisé pour exciter des ondes acoustiques de surface dans le substrat 116 ou pour convertir des ondes acoustiques de surface reçues en signaux électriques, ou les deux.

La structure de transducteur 100 excite les ondes acoustiques de surface dans la direction de champ électrique, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction d'extension y des doigts 106, 108 des électrodes 102, 104, comme indiqué par la flèche E sur la figure 1. La structure de transducteur 100 peut être considérée comme la somme de sources électroacoustiques correspondant aux zones où le champ électrique est effectivement appliqué. Comme la structure de transducteur émet de l'énergie sur chacun de ses bords, c'est-à-dire dans les deux directions +X et -X, une source électroacoustique est considérée entre n'importe quel doigt d'électrode comme ayant un potentiel différent de son doigt d'électrode voisin. Ceci conduit à la définition d'une source électroacoustique formée par une paire de doigts d’électrode voisins de polarité opposée. Par conséquent, une source électroacoustique 118 est présente par exemple entre les doigts d'électrode 106_1 et 108_1, étant au potentiel alternatif +V/-V, mais il y aura également une source électroacoustique 120 présente entre les doigts d'électrode 108_1 et 106_2, étant à des potentiels alternatifs -V/+V. Par conséquent, dans toute la structure de transducteur de la figure 1, cinq sources électroacoustiques 118 sont présentes, ainsi que cinq sources électroacoustiques 120. La zone spatiale de la source électroacoustique 118 ou 120 est définie par la distance inter-électrodes a, dans la direction de propagation xdes ondes acoustiques de surface, et le recouvrement b entre les doigts d'électrode voisins 106 et 108 dans la direction transversale y, par exemple sur la figure 1a, les doigts d’électrode voisins 1061 et 108_1.

La fréquence d'utilisation de la structure de transducteur 100 est définie par f_r= V / 2p, V étant la vitesse de l'onde acoustique et p le pas d'électrode de la structure de transducteur 100, comme indiqué sur la figure 1. Le pas d’électrode p du transducteur est également choisi pour être λ/2, Λ étant la longueur d'onde de fonctionnement de l'onde acoustique de surface. Ainsi, le pas d'électrode p définit la fréquence d'utilisation de la structure de transducteur. Le pas d'électrode p correspond également à la distance bord à bord de doigts d'électrode entre deux doigts d'électrode voisins provenant des électrodes en peigne opposées 102 et 104, par ex. entre 108_2 et 106_3. Dans ce cas, la longueur d'onde λ est par conséquent définie comme étant la distance bord à bord de doigts d'électrode entre deux doigts d'électrode voisins à partir des mêmes électrodes en peigne 102 ou 104, par exemple entre 106_2 et 106_3.

Les doigts d'électrode interdigités 106 et 108 ont typiquement tous sensiblement la même longueur /, largeur wet épaisseur t.

Les doigts d'électrode interdigités 106, 108 sont à des potentiels alternatifs, les potentiels alternatifs des doigts d'électrode interdigités 106, 108 pouvant être des potentiels de polarité opposée, à savoir +V et -V, ou en tant que masse et un potentiel de charge/source V|_N (non représenté).

Les caractéristiques de propagation des ondes produites par la structure de transducteur 100 comprennent entre autres la vitesse de propagation, le coefficient de couplage électromécanique k² et le coefficient de température de fréquence (CTF). La vitesse de propagation affecte la relation entre le pas du transducteur p et la fréquence requise du dispositif. Par ailleurs, pour l'application du dispositif de filtre et notamment les dispositifs de type filtre en échelle, la bande passante du filtre Δί est proportionnelle au coefficient de couplage électromécanique ks² considérant la relation empirique Δ/7 f ~ (2/3) ks², Δ/ correspondant à la largeur de bande passante en fréquence du filtre, f_r étant la fréquence de résonance de la structure du transducteur. Le CTF est associé à l'influence d'une température sur des changements de fréquence dans les filtres.

La figure 1b représente la même structure de transducteur 100 que sur la figure 1a, dans une vue latérale, montrant la pluralité de doigts d'électrode 106, 108 à partir des électrodes en peigne interdigitées 102 et 104, respectivement (non représentées). Le substrat 116 sur lequel est prévue la structure de transducteur 100 est un substrat composite 116.

Le substrat composite 116 comprend une couche de matériau piézoélectrique 122 d'une certaine épaisseur, formée sur le dessus d'un substrat de base 124. La couche piézoélectrique 122 décrite ici à titre d'exemple peut être du niobate de lithium (LiNbO₃) ou du Tantalate de lithium (LiTaO₃).

La couche de matériau piézoélectrique 118 peut être attachée au substrat de base 124 par liaison directe, par exemple en utilisant une technologie de transfert de couche SmartCut™. En variante, une fine couche de SiO₂ (non représentée) peut être prévue entre la couche piézoélectrique 122 et le substrat de base 124 pour améliorer la fixation. Avant la liaison directe, des étapes de traitement supplémentaires peuvent être ajoutées, telles que le polissage du côté de la couche piézoélectrique 122 et/ou du côté du substrat de base 124 formant plus tard l'interface 126 entre la couche piézoélectrique 122 et le substrat de base 124.

Un substrat composite 116 avec une combinaison d’un couplage fort, de 1 % à 25 % ou plus, et d’une stabilité en température due à la combinaison de matériaux avec différents coefficients de température de fréquence (CTF) et une vitesse de propagation d’onde acoustique élevée, va améliorer la performance du dispositif SAW.

Comme sur la figure 1a, la structure de transducteur 100 a le pas d'électrode p. Les doigts d'électrode interdigités 106 et 108 ont essentiellement les mêmes longueur /, largeur w et épaisseur t. De plus, la fréquence de fonctionnement f_r est fixée par la condition d'accord de phase donnée par V/2p, V étant la vitesse de l'onde acoustique passant sous les électrodes interdigitées et p le pas d'électrode de la structure de transducteur 100. Dans une telle condition, il est dit que le transducteur fonctionne en mode synchrone à la fréquence de fonctionnement f_r, où toutes les ondes acoustiques excitées dans la structure de transducteur sont cohérentes et en phase.

Une onde électroacoustique se propageant sous un réseau d’électrodes est sensible aux conditions limites électriques et mécaniques à la surface. Sur les bords des électrodes, les ruptures d'impédance, ici électriques et mécaniques, provoquent une réflexion d’une partie de l'énergie transportée. Lorsque toutes les réflexions élémentaires, c'est-à-dire les réflexions sous chacune des électrodes, sont en phase, l'onde est entièrement réfléchie et donc arrêtée par le réseau. Ce phénomène, connu sous le nom de condition de Bragg, apparaît pour des gammes de fréquences appelées « bandes d'arrêt ». Il y a interférence constructive entre les réflexions de l'onde, également appelées cohérence de phase, lorsque λ = 2pn, λ étant la longueur d'onde de fonctionnement du transducteur, p étant le pas d'électrode, et n un nombre entier. La longueur d'onde de fonctionnement λ du transducteur est liée à la fréquence de fonctionnement f_r, définie précédemment, sous la forme f_r = V/2p = V/K.

A la condition de Bragg, la fréquence de Bragg est définie par K=2p (n=1). Ce type de structure de transducteur est également appelé structure à deux doigts par longueur d'onde et résonne à la fréquence de Bragg, dans la « bande d'arrêt ». Le transducteur 100 est exactement un transducteur de ce type. Ces structures correspondent à une excitation électrique à un potentiel alternatif +V, -V, +V, -V ... et permettent de créer des cavités résonnantes.

Les doigts d'électrode interdigités 106, 108 sont à des potentiels alternatifs, où les potentiels alternatifs des doigts d'électrode interdigités 106, 108 peuvent être des potentiels de polarité opposée, à savoir +V et -V comme représenté sur la figure 1 b, ou à une masse et un potentiel de charge/source V|_N (non représenté). Comme représenté sur la figure 1b, le doigt d'électrode 106_1 est à un potentiel +V tandis que son doigt d'électrode voisin 108_1 est à un potentiel -V.

A nouveau, la structure de transducteur 100 peut être considérée comme la somme de sources électroacoustiques 118 et 120 correspondant aux zones où le champ électrique est effectivement appliqué, ce qui conduit à la définition d'une source électroacoustique 118, 120 formée par une paire de doigts d’électrode voisins à potentiel alternatif, par exemple des doigts d'électrode 106_1 et 108_1 ou 108_1 et 106_2, respectivement. Sa zone spatiale est définie par la distance inter-électrodes a, dans la direction de propagation x, et le recouvrement b entre deux doigts d'électrode voisins 106 et 108 dans la direction transversale, à savoir 106_1 et 108_1 ou 108_1 et 106_2, comme vu sur les figures 1a et 1b.

Lorsqu'une charge électrique 114 est couplée à travers les électrodes 102, 104, des ondes acoustiques de surface 128 sont excitées dans le substrat composite 116 et se propagent dans la direction x, perpendiculaire à ia direction des doigts d'électrode 106, 104. Des ondes acoustiques de volume 130 générées dans la structure de transducteur 100 sont également lancées dans le substrat composite 116 et sont réfléchies au niveau de l'interface de liaison 126 entre la couche piézoélectrique 122 et le substrat de base 124. Ces ondes réfléchies 132 sont ensuite réabsorbées par la structure de transducteur 100 et entraînent des réponses de résonance parasites générées par la structure de transducteur 100. Ces ondes acoustiques réfléchies 132 sont cohérentes en phase, car la structure de transducteur fonctionne en mode synchrone, ce qui signifie que la détection et la génération d'ondes acoustiques sont synchrones dans toute la structure de transducteur.

Ces ondes acoustiques en vrac 128 sont générées au niveau des sources électroacoustiques 118 et 120, selon un angle a avec la surface de la couche piézoélectrique 122. Leur vitesse effective V dépend de la couche piézoélectrique 122 et du pas d'électrode p de la structure de transducteur 100 par extension du comportement bien connu des ondes de volume excitées en utilisant un transducteur interdigité, comme décrit par D. Lee dans « Excitation and Détection of Surface Skimming Bulk Waves on Rotated Y-Cut Quartz », IEEE Transactions on Sonies and Ultrasonics, vol. SU-27, N°1, pages 22 à 30,1980, mais également RF Milsorn, NHC Reilly, et M. Redwood, « Analyse of génération and détection of surface and bulk acoustic waves by interdigital transducers », IEEE Transactions on Sonies and Ultrasonics, vol. SU-24, pages 147 à 166, 1977.

Une partie des ondes acoustiques de volume 132 ne sont pas réfléchies au niveau de l'interface 126 et se propagent plus profondément dans le substrat de base 124 d'une manière radiative lorsque la vitesse de propagation équivalente dépasse ce que l’on nomme la limite d'onde de volume rasante de surface (SSBW) indiquant la vitesse maximale à laquelle le substrat est capable de guider des ondes dans la couche piézoélectrique.

La figure 2 montre une structure de transducteur interdigitée 200 pour un dispositif à ondes acoustiques de surface selon un premier mode de réalisation de l'invention. La structure de transducteur interdigitée 200 comprend une paire d’électrodes en peigne interdigitées 202 et 204 comprenant chacune une pluralité de moyens d'électrode 206 et 208, et formée sur un substrat 210.

Dans ce mode de réalisation, les moyens d'électrodes 206 et 208 ont la forme de doigts 206, 208. Dans une variante du mode de réalisation, les moyens d'électrode pourraient également comporter des doigts divisés 206, 208 comprenant chacun deux ou plus doigts d'électrode directement adjacents appartenant à la même électrode en peigne.

Le substrat composite 210 comprend une couche d'un matériau piézoélectrique 212 d’une certaine épaisseur, formée sur le dessus d'un substrat de base 214. La couche piézoélectrique 212 décrite ici à titre d'exemple peut être soit du niobate de lithium (LiNbO₃), en particulier du LiNbO₃avec des orientations cristallines définies selon la norme IEEE 1949 Std176 en tant que (YX/)5 avec 36° < d < 52° ou 60° < 3 < 68° ou 120° < d < 140° et en tant que (ΥΧί)/Ψ avec 85° < Ψ < 95° et en tant que (YXw/t)/ 5Ψ avec = 90°, -30° < d < +45° et 0° < Ψ < 45°, soit du tantalate de lithium (LiTaO₃), en particulier du LiTaO₃ avec un orientation cristalline définie selon la norme IEEE 1949 Std-176 en tant que (YX/)/ô avec 36° <d< 52°, plus particulièrement du LiTaO₃ avec une coupe en Y de 42°, propagation X, définie en tant que coupe (YX/)/42° selon la norme IEEE 1949 Std-176.

L'épaisseur de la couche piézoélectrique 212 formée sur le substrat de base 214 peut être supérieure à une longueur d'onde, notamment supérieure à 20 pm. Comme l'épaisseur de la couche influence la fréquence d'utilisation du dispositif, il devient possible d'adapter l'épaisseur à une gamme de fréquences voulue. Dans ce cas, les transducteurs peuvent être utilisés dans des dispositifs SAW pour filtrer les hautes fréquences. En effet, en considérant une vitesse d'onde de 4 000 m/s, l'épaisseur minimale de la couche supérieure sera comprise entre 40 pm et 1 pm pour des fréquences variant entre 100 MHz et 5 GHz. La limite d'épaisseur supérieure est liée au rapport entre les épaisseurs de la couche piézoélectrique 212 et le substrat de base 214. L'épaisseur du substrat de base 214 doit être supérieure à l'épaisseur de la couche piézoélectrique 212 pour imposer sa dilatation thermique à la couche piézoélectrique 212 et pour réduire la sensibilité des transducteurs à des changements de température. Une situation préférée correspond à une épaisseur de substrat de base qui est au moins dix fois supérieure à l'épaisseur de la couche piézoélectrique 212.

Le substrat de base 214 utilisé dans le premier mode de réalisation de l'invention est un substrat de silicium. Puisque le coefficient de dilatation thermique de Si est voisin de 2,6 ppm/°C, alors que celui du LiTaO₃42°XY, noté (YX/)/42° selon la norme IEEE 1949 Std-176, est d'environ 16ppm/°C, le coefficient de dilatation thermique combiné sur le dispositif SAW sera généralement dans la plage de 2,6 à 16 ppm/°C, en fonction de l'épaisseur de la couche piézoélectrique 212 et du niveau de contrainte à l'interface de liaison 216. L'abaissement efficace du coefficient de dilatation thermique du substrat composite 210 entraîne un coefficient de température de fréquence réduit (CTF) du transducteur 200.

Comme mentionné précédemment, en utilisant un matériau différent pour le substrat de base 214, la flexibilité de conception peut être améliorée. A la place du silicium, d'autres matériaux de substrat à haute vitesse de propagation d’onde acoustique peuvent être choisis tels que le diamant, le saphir, le carbure de silicium ou même le nitrure d'aluminium, et plus généralement tout matériau présentant une vitesse d’onde de volume de cisaillement lente égale ou supérieure à 4 500 m/s. En outre, un matériau ayant une dilatation thermique plus faible que le silicium (certaines compositions de quartz amorphe ou le verre pyrex ou le mica ou le carbure de silicium, par exemple) peut être avantageusement utilisé pour commander le CTF du filtre résultant.

La paire d'électrodes en peigne interdigitées 202 et 204 comprend une pluralité de doigts d'électrode 206 et 208. Les doigts d'électrode, par exemple 206_1, 208_1 à 206 4, 208_4, respectivement, et 208_5, 206_7 à 208_8, 206_10 sont interdigités et sont connectés à des potentiels alternatifs via leurs électrodes en peigne 202 et 204. Le potentiel alternatif peut être +V et -V, comme illustré, ou dans une variante une masse et un potentiel de charge/source. Les doigts d'électrode sont métalliques et ont tous les mêmes longueur /, largeur w et épaisseur t. De plus, un pas d'électrode p, défini en tant que Λ/2, est utilisé pour la structure de transducteur 200.

Selon une variante de l'invention, les doigts d'électrode 206, 208 peuvent également avoir une longueur /, largeur wet épaisseur t différente.

La structure de transducteur 200 comprend en outre une région 218, où deux doigts d'électrode voisins 208_4 et 208_5 sont connectés au même potentiel, ici +V, sans aucun doigt d'électrode 206 provenant de l'électrode en peigne interdigitée opposée 202 entre les deux. Les deux doigts d'électrode voisins 208_4 et 208_5 peuvent également être connectés à -V, ou à la masse, ou à un potentiel de charge/source V|_N (non représenté).

Dans la variante où les moyens d'électrode 206, 208 sont représentés par des doigts fendus 206, 208 de deux doigts adjacents ou plus au même potentiel, deux moyens d'électrode voisins 206, 208 reliés au même potentiel peuvent correspondre à tous les doigts des doigts fendus 206, qui sont connectés au même potentiel des doigts fendus 208. Mais il pourrait aussi arriver qu'au moins un doigt d'électrode des doigts fendus 206 soit connecté au même potentiel des doigts fendus 208.

Sur la figure 2, la région 218 est actuellement placée au milieu de la structure de transducteur, de sorte que de chaque côté, à gauche et à droite, de la région 218, huit doigts d'électrode ou quatre paires de doigts d'électrode sont présents. Dans une variante du mode de réalisation, la région 218 peut être placée dans une position différente dans la structure de transducteur, de sorte que les paires de doigts d'électrode ne sont pas réparties uniformément de chaque côté de la région 218. La région 218 peut également être placée l’une ou l’autre extrémité de la structure de transducteur 200.

Comme mentionné précédemment, les doigts d'électrode 206_1,208_1 à 206_4, 208_4, respectivement, et 208_5, 206_5 à 208_8, 206_8 sont interdigités et ont des potentiels alternatifs. Il est possible actuellement de voir qu'en raison de la présence de la région 218, du côté gauche de la région 218, les doigts d'électrode interdigités 206_1, 208_1 à 206_4, 208_4 sont respectivement à un potentiel alternatif -V/+V, tandis que sur le côté droit de la région 218, les doigts d'électrode interdigités 208_5, 206_5 à 208_8, 206_8 sont respectivement à un potentiel alternatif +V/-V.

Comme expliqué précédemment, une paire de doigts d’électrode voisins connectés à un potentiel alternatif définit une source électroacoustique. Par exemple, ici sur la figure 2, les doigts d'électrode interdigités voisins 206_1 et 208_1 au potentiel alternatif -V/+V définissent une source électroacoustique 220. Mais les doigts d'électrode interdigités voisins 208_1 et 206_2 au potentiel alternatif +V/-V définissent également une source électroacoustique 222. Ainsi, les paires de doigts d'électrode interdigités voisins 206_2, 208_2 à 206_4, 208_4 définissent également chacune une source électroacoustique 220 et, respectivement, la paire de doigts d'électrode interdigités voisins 208_2, 206_3 et 208_3, 206_4 définissent également chacune une source électroacoustique 220. En particulier ici, à gauche de la région 218, quatre sources électroacoustiques actives 220 et trois sources électroacoustiques actives 222, avec au total huit doigts d'électrode interdigités 206_1,208_1 à 206_4, 208_4, sont présentes.

Sur le côté droit de la région 218, une paire de doigts d'électrode interdigités voisins, par exemple 208_5 et 206_5 connectés au potentiel alternatif +V/-V définit également une source électroacoustique 222, et la paire de doigts d'électrode interdigités voisins 206_5 et 208_6 à potentiel alternatif -V/+V définit une source électroacoustique 220. Sur le côté droit de la région 218, quatre sources électroacoustiques actives 222 et trois sources électroacoustiques actives 220, avec au total huit doigts d'électrode interdigités 208_5, 206_5 à 208_8, 206_8, sont présentes. Mais ici, les sources électroacoustiques 220, 222 situées du côté gauche de la région 218 sont en opposition de phase avec les sources électroacoustiques 222, 220 du côté droit de la région 218, en particulier de π.

Cependant, comme le pas d'électrode p est défini par Λ/2, cela signifie que la structure de transducteur fonctionne dans un mode synchrone, à la condition de Bragg. Par conséquent, la pluralité de sources électroacoustiques 220, 222 sur le côté gauche de la région 218 sont toutes en phase et cohérentes les unes avec les autres, tandis que la pluralité de sources électroacoustiques 222, 220 sur le côté droit de la région 218 sont toutes en phase et cohérentes entre elles.

Dans la région 218, il n'y a pas de source électroacoustique 220 ou 222 entre les deux doigts d'électrode voisins 208_4 et 208_5, car ils sont tous deux connectés au même potentiel.

Selon une variante, la polarité du potentiel pourrait être permutée entre les première et seconde électrodes en peigne interdigitées 206 et 208. Ou connectée à la masse sur une première des électrodes en peigne et à un potentiel de charge/source V,_N sur l'autre électrode en peigne.

En raison de la présence de la seconde région 218 dans la structure de transducteur 200, la phase des sources électroacoustiques dans le transducteur a été inversée par π, car les sources électroacoustiques sur le côté gauche de la région 218 sont en opposition de phase avec les sources électroacoustiques du côté droit de la région 218. Ainsi, une interférence destructive est créée entre les sources électroacoustiques dans le transducteur en combinant l'énergie émise depuis chaque côté des deux doigts d'électrode connectés à la même électrode en peigne vers le transducteur, tandis que l'énergie émise vers l'extérieur du transducteur sera effectivement lancée et réfléchie par le miroir, positionné de chaque côté de la structure de transducteur dans un dispositif SAW.

Par conséquent, la quantité de sources électroacoustiques présentes dans la structure de transducteur 200 étant cohérente et en phase dans la structure de transducteur 200 est réduite par rapport à une structure de transducteur de l'état de la technique de même taille, où tous les doigts d’électrode sont à des potentiels alternatifs, comme représenté sur la figure 1. En conséquence, le coefficient de couplage électrochimique k_s ² dans la structure de transducteur a été réduit.

Ici, dans ce mode de réalisation particulier, les côtés gauche et droit de la région 218 dans la structure de transducteur 200 ont exactement le même nombre de doigts d'électrode interdigités 206 et 208, à savoir huit, résultant en sept sources électroacoustiques actives, comme la région 218 est située au milieu de la structure de transducteur 200. Ici, le coefficient de couplage électrochimique k_s ² dans la structure de transducteur 200 est diminué d'un facteur 2. Là encore, comme des interférences destructrices sont créées entre les sources électroacoustiques dans la structure de transducteur, en combinant l'énergie émise de chaque côté des deux doigts d'électrode connectés à la même électrode en peigne vers le transducteur, tandis que l'énergie émise vers l'extérieur du transducteur sera effectivement lancée et réfléchie par le miroir. L’efficacité du transducteur est par conséquent réduite d’un facteur deux.

De plus, la possibilité de cohérence de phase des modes réfléchis au niveau de l'interface 216 du substrat composite 212 est également modifiée par rapport à la situation de l’état de l’art. Si la phase est décalée dans la structure de transducteur, il n'y a aucune chance de détecter des ondes qui ne correspondent pas à la condition d'adaptation de phase. Par conséquent, il y a une réduction de la détection des ondes acoustiques réfléchies en provenance de l'interface 216, qui conduira à son tour à une réduction des résonances parasites à des fréquences non désirées en raison de ces réflexions dans la performance de filtre d'un dispositif SAW basé sur une structure de transducteur 200.

Par conséquent, la génération et/ou la détection d'ondes acoustiques dans la structure de transducteur 200 selon l’invention est contrôlée par la quantité de sources électroacoustiques en phase présentes dans la structure de transducteur 200. En ayant deux doigts d’électrode voisins connectés au même potentiel, il en résulte un changement de phase de π dans la structure qui a une influence positive sur l’efficacité de la structure de transducteur pour rejeter des modes parasites. II n’est pas nécessaire de varier les dimensions du transducteur, comme la largeur ou la longueur ou la distance inter-électrodes des doigts d’électrode, ce qui aurait un impact sur la technologie de fabrication de telles structures et pourrait réduire considérablement la qualité de résonance d’un résonateur exploitant les structures de transducteur décrites ci-dessus.

Selon une variante du premier mode de réalisation, plus d’une seule région 218 pourraient être présentes dans la structure de transducteur, augmentant par conséquent le nombre de sources électroacoustiques supprimées dans la structure de transducteur et diminuant ainsi le coefficient de couplage électromécanique k_s ². Ceci est un moyen efficace de commander la bande passante du filtre, en offrant ainsi plus de liberté pour traiter différentes bandes de filtre.

La figure 3 représente schématiquement une structure de transducteur 300 selon un deuxième mode de réalisation. En comparaison au premier mode de réalisation, la structure de transducteur 300 a un agencement différent de la paire d’électrodes en peigne interdigitées 302 et 304 en comparaison aux électrodes en peigne interdigitées 202 et 204 de la structure de transducteur 200 du premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, la région 316 avec des moyens d’électrode adjacents connectés à l’électrode en peigne 304 a trois moyens d’électrode adjacents 308_4, 308_5 et 308_6.

La structure de transducteur interdigitée 300 comprend une paire d’électrodes en peigne interdigitées 302 et 304 comprenant chacune une pluralité de moyens d’électrode 306 et 308 formés sur un substrat 310.

Le substrat 310 est le même que le substrat 210 du premier mode de réalisation et ses caractéristiques ne seront donc pas à nouveau décrites en détail, mais il pourra être fait référence à sa description ci-dessus.

Les moyens d’électrode 306 et 308 dans le deuxième mode de réalisation ont la forme de doigts d’électrode 306, 308, comme dans le premier mode de réalisation. Dans une variante, les moyens d’électrode pourraient également avoir la forme de doigts fendus 306, 308 comprenant chacun deux ou plus doigts d’électrode directement adjacents connectés à leur électrode en peigne respective.

Comme dans le premier mode de réalisation, tous les doigts d’électrode 306 et 308 de la structure de transducteur 300 sont métalliques et ont tous la même longueur I, largeur w et épaisseur t.

A nouveau, selon une variante du deuxième mode de réalisation, les moyens d'électrode 306, 308 pourraient également varier en termes de dimensions, ayant des longueurs /, largeurs w et épaisseurs i différentes.

Les doigts d'électrode interdigités voisins 306_1 et 308_1 à un potentiel alternatif -V/+V forment une source électroacoustique 312, comme la source électroacoustique 220 dans le premier mode de réalisation, et les doigts d'électrode interdigités voisins 308_1 et 306_2 au potentiel alternatif +V/-V forment une source électroacoustique 314, comme la source électroacoustique 222 dans le premier mode de réalisation. De plus, les paires de doigts d'électrode interdigités voisins 306_2, 308_2 à 306_4, 308_4 et 306_5, 308_7 à 306_7, 308_9 forment chacune une source électroacoustique 312, tandis que les paires de doigts d'électrode interdigités voisins 308_2, 306_3 et 308_3, 306_4 et 308_6, 306_5 à 308_8, 306_7 forment chacune une source électroacoustique 314. Au lieu d'un potentiel alternatif -V et +V, une électrode en peigne pourrait être à la masse, ou les électrodes en peigne pourraient être connectées à un potentiel de charge/source V,_N (non représenté).

La structure de transducteur est définie par son pas p_h défini comme étant la distance de bord à bord de doigts d’électrode entre deux doigts d'électrode voisins à partir d’électrodes en peigne opposées 302 et 304, par exemple entre 306_2 et 308_2. La structure de transducteur 300 selon le deuxième mode de réalisation fonctionne également dans les conditions de résonance de Bragg sous la forme λ_?=2ρί, comme dans le premier mode de réalisation de l'invention. Par conséquent, toutes les sources électroacoustiques 312 présentes dans la structure de transducteur 300 sont en phase et cohérentes, car la structure de transducteur 300 fonctionne en mode synchrone.

Contrairement au premier mode de réalisation, la structure de transducteur 300 comprend une région 316, avec trois doigts d'électrode voisins 308_4 à 308_6 au même potentiel +V sans aucun doigt d'électrode 306 de l'électrode en peigne interdigitée opposée 302 entre eux. Selon des variantes, les trois doigts d'électrode voisins 308_4 à 308_6 peuvent également être connectés à -V, ou à la masse, ou à un potentiel de charge/source V|_N (non représenté).

Dans la région 316, en connectant trois doigts d’électrode voisins 308_4 à 308_6 au même potentiel +V, sans un doigt d'électrode 306 de l'électrode opposée 302 entre eux, des sources électroacoustiques 312 ont été supprimées dans la région 316.

Cependant, comme le doigt d'électrode 308_4 de la région 316, étant à un potentiel +V est situé à côté d'un doigt d'électrode 306_4 à un potentiel -V, une source électroacoustique

318 sera présente entre ces deux doigts d'électrode voisins 308_4 et 306_4, mais étant définie par un pas p₂, comme représenté sur la figure 3. Le pas p₂ est en fait plus grand que le pas de la structure de transducteur.

Dans une variante du mode de réalisation, la région 316 peut être placée dans une autre position dans la structure de transducteur 300. La région 316 peut également être placée sur l'une ou l'autre extrémité de la structure de transducteur 300.

La région 316 dans la structure de transducteur 300 donne un pas d'électrode p₂, différent du pas d'électrode du reste de la structure de transducteur 300. Le pas d'électrode Pt définit la fréquence de résonance de la structure de transducteur, tandis que le pas p₂ de la région 316 commande la force de couplage de la structure de transducteur 300. Le pas p₂ donne une longueur d'onde λ₂ définie comme étant la distance de bord à bord de doigts d’électrode entre deux doigts d'électrode voisins de la même électrode en peigne 302 ou 304, par exemple ici entre 306_4 et 306_5. Comme des sources électroacoustiques ont été supprimées dans la région 316, il est dit que le nombre de doigts d'électrode actifs 308 dans la région 316 est diminué par rapport à la configuration de l'état de l’art où chaque doigt d'électrode est actif. Un doigt d'électrode est défini comme actif lorsqu’il forme une source électroacoustique avec un autre doigt d'électrode d'une électrode en peigne opposée.

Avec la structure de transducteur 300 illustrée, le coefficient de couplage électromécanique k/est diminué en comparaison au coefficient de couplage électromécanique k_s ²d'une structure de transducteur de l’état de l’art telle qu’illustrée sur la figure 1, due au fait que la région 314 résulteat en la présence d’un pas p₂ dans la structure de transducteur, plus grand en comparaison avec le pas p₁ du reste de la structure de transducteur. Comme établi précédemment, un pas p₂ plus grand concerne une longueur d'onde λ₂, plus grande, et par conséquent une fréquence de résonance diminuée et un coefficient de couplage électromécanique k_s ²diminué, sous la forme Af/f ~ (2/3) k².

Dans la région 316, des ondes électroacoustiques sont générées aux deux longueurs d'onde et K₂, donc aux deux fréquences de résonance et Cela correspond à l'apparition de modes cohérents à fréquence inférieure appelés sous-harmoniques par rapport à une structure de transducteur avec des électrodes alternatives comme représenté sur la figure 1. En outre, en raison de la suppression des sources, moins d'ondes électroacoustiques à 7_ri sont générées par rapport à une structure de transducteur de l'état de l’art avec tous les doigts d'électrode actifs, par exemple formant une source et avec la même quantité de doigts d'électrode dans la structure.

Les ondes électroacoustiques générées par les sources électroacoustiques 312 et 314 à une fréquence de résonance dans la structure de transducteur 300 sont lancées dans le substrat composite 310 et sont réfléchies au niveau de l'interface de liaison 216 entre la couche piézoélectrique 212 et le substrat de base. 210, comme dans le premier mode de réalisation. Mais dans la structure de transducteur 300, une partie de ces ondes acoustiques réfléchies ne sera effectivement pas réabsorbée dans la région 316 de la structure de transducteur 300. De plus, les ondes électroacoustiques générées à une fréquence de résonance par la source électroacoustique 318 ne sont pas synchrones avec le reste des ondes électroacoustiques générées par les sources électroacoustiques 312 et 314, de sorte que leur partie réfléchie ne sera pas non plus réabsorbée par le reste de la structure de transducteur 300.

En conséquence de la suppression de sources dans la région 316 de la structure de transducteur 300, moins d'ondes acoustiques sont générées à une fréquence f_r1 donnée par et moins d'ondes acoustiques réfléchies générées par la structure de transducteur 300 seront réabsorbées par la structure de transducteur 300, et donc moins d'effet parasite sera observé de cette structure de transducteur lorsqu’elle est utilisée dans des dispositifs de filtre SAW.

L'utilisation d'une structure de suppression de source dans la structure de transducteur 300 entraîne la réduction de la génération et la détection d'ondes acoustiques réfléchies obtenues dans la structure de transducteur, en raison d'une distribution des ondes acoustiques réfléchies sur une pluralité (par exemple un grand nombre) de fréquences, ici par exemple f_r1, et U, de manière à réduire leur amplitude et leur effet. Ceci conduit à son tour à une réduction des résonances parasites pour une telle structure de transducteur.

Une structure de transducteur 400 selon un troisième mode de réalisation de l'invention est illustrée schématiquement sur la figure 4.

La structure de transducteur 400 comprend une paire d'électrodes en peigne interdigitées 402 et 404 avec une pluralité de moyens d'électrode 406 et 408, sur un substrat 410, avec une pluralité de régions 316 en comparaison au deuxième mode de réalisation, qui est la seule différence par rapport au deuxième mode de réalisation. L'agencement des régions 316 est non périodique. Toutes les autres caractéristiques sont les mêmes et ne seront donc pas décrites en détail, mais référence est faite à leur description ci-dessus.

Les moyens d'électrode 406 et 408 sont des doigts d'électrode ou des doigts fendus 406 et 408 comme dans les premier et deuxième modes de réalisation.

Le substrat 410 a les mêmes propriétés que le substrat 206 ou 310 des premier et deuxième modes de réalisation.

La structure de transducteur 400 comprend une pluralité de doigts d'électrode 406_1 à 406_3 et 408_1 à 408_3, dans laquelle la paire de doigts d'électrode interdigités 406_1, 408_1 à 406_3, 408_3 a des potentiels alternatifs comme dans les premier et deuxième modes de réalisation. Il est possible de voir qu'une pluralité de sources électroacoustiques 414 et 416, comme dans les premier et deuxième modes de réalisation, sont présentes dans la structure de transducteur 400, définie par une paire de doigts d'électrode voisins à potentiel alternatif -\JI+\I ou +V/-V, par exemple 406_1 et 408 1 et 408_1 et 406_2 respectivement.

Contrairement aux premier et deuxième modes de réalisation, la structure de transducteur 400 comprend deux régions 416 (416_1, 416_2) avec des doigts d'électrode 406, 408, de sorte que l'électrode en peigne 404 a trois doigts d'électrode voisins 408_4 à 408_6 et 408_9 à 408_112 au même potentiel +V sans aucun doigt d'électrode 406 de l'électrode en peigne interdigitée opposée 402 interposé. Les trois doigts d'électrode voisins 408_4 à 408_6 et 408_9 à 408_11 peuvent également être connectés à -V, ou à la masse, ou à un potentiel de charge/source VIN (non représenté).

Par conséquent, comme dans le deuxième mode de réalisation, dans chaque région 416, en connectant trois doigts d'électrode voisins 408_4 à 408_6 et 408_9 à 408_11 au même potentiel -V, sans un doigt d'électrode 406 de l'électrode opposée 402 interposé, une source électroacoustique a été supprimée.

Cependant, comme dans le deuxième mode de réalisation, une source électroacoustique 418 sera présente entre les doigts d'électrode voisins 406_4 et 408_4 et 408_6 et 406_5, mais étant définie par un pas p₂, comme représenté sur la figure 4. Le pas p₂ est en fait plus grand que le pas p₁ de la structure de transducteur 400. Et pour la région 416_2, une source électroacoustique 418 sera présente entre les doigts d'électrode voisins 406_7 et 408_9 et aussi 408_11 et 406_8, également définie par le pas p₂.

Dans cette variante, les régions 416_ 1 et 416_2 ont la même configuration de doigts d’électrode voisins au même potentiel, à savoir trois. Selon d'autres variantes, le nombre de doigts d'électrode voisins au même potentiel pourrait également varier de l'un à l'autre, par exemple en ayant plus de trois doigts d'électrode au même potentiel les uns à côté des autres. Cela entraînerait une réduction plus importante du coefficient de couplage électromécanique VSelon une variante, la polarité du potentiel pourrait être permutée entre les première et seconde électrodes en peigne interdigitées 402 et 404, ou le potentiel pourrait être relié à la masse sur la première électrode de peigne et à un potentiel de charge/source V|_N sur l'autre électrode en peigne.

Dans ce mode de réalisation, les régions 416 sont réparties de manière non périodique ou aléatoire le long de la structure de transducteur 400, dans la direction de propagation x. La seconde région 416_ 1 est séparée de la seconde région 416_2 par trois paires de doigts d'électrode interdigités. Selon une variante, les régions 416 peuvent être réparties les unes à côté des autres le long de la structure de transducteur dans la direction de propagation x.

Comme dans le deuxième mode de réalisation, l'utilisation d'une pluralité de structures de suppression de source électroacoustique 416 dans la structure de transducteur 400 conduit à l'apparition de modes cohérents à des fréquences inférieures, à savoir f_r2, appelés sousharmoniques en comparaison à une structure de transducteur avec des électrodes alternées, comme représenté sur la figure 1. La répartition non périodique ou aléatoire des régions 416 le long de la structure de transducteur 400 contribue à réduire la cohérence de phase à de faibles fréquences, et peut ainsi réduire l'effet de crécelle observé dans un dispositif de filtre utilisant une telle structure de transducteur.

Comme dans le deuxième mode de réalisation, les ondes électroacoustiques générées par les sources électroacoustiques 412, 414 et 418 de la structure de transducteur 400 sont lancées dans le substrat composite 410 et sont réfléchies au niveau de l'interface de liaison 216 entre la couche piézoélectrique 2Ί2 et le substrat de base 210.

En conséquence de la suppression des sources dans la structure de transducteur 400, moins d’ondes acoustiques sont générées par les sources électroacoustiques 412, 414 à une fréquence f_r1 donnée par f_ri=V/pi et moins d'ondes acoustiques réfléchies générées par la structure de transducteur 400 seront réabsorbées par la structure de transducteur 400, et donc moins d'effet parasite sera observé pour une telle structure de transducteur lorsqu’elle sera utilisée dans un dispositif de filtre SAW.

Comme dans le premier et le deuxième mode de réalisation, les ondes réfléchies générées à partir des sources électroacoustiques 412, 414, à une fréquence f_h ne seront pas réabsorbées par les sources électroacoustiques 418 présentes du fait des régions 416 dans la structure du transducteur. Dans ce mode de réalisation, en outre, comme dans le deuxième mode de réalisation, les ondes réfléchies générées par les sources électroacoustiques 418, à une fréquence différente f₂, ne seront pas non plus réabsorbées par les sources électroacoustiques 412, 414 de la structure de transducteur 400. Au total, une réduction de la génération et de la détection d’ondes acoustiques réfléchies est obtenue dans la structure de transducteur 400, en raison d'une répartition des ondes acoustiques réfléchies sur une pluralité (par exemple un grand nombre) de fréquences de manière à réduire leur amplitude et leur effet. Ceci conduit à son tour à une réduction des résonances parasites pour une telle structure de transducteur.

Dans ce mode de réalisation, deux régions 416 sont illustrées dans la structure de transducteur 400. Selon une variante, plus de deux régions 416 peuvent être présentes dans la structure de transducteur 400. Comme décrit ci-dessus, en utilisant une pluralité de régions de suppression de source électroacoustique dans une structure de transducteur 400 d'un dispositif SAW produit sur un substrat composite 410, les caractéristiques de propagation d'onde de surface du dispositif SAW peuvent être maintenues essentiellement inchangées (par exemple, une fréquence de résonance donnée par le pas d'électrode p), tandis que les caractéristiques de propagation d’ondes de volume parasites sont réduites en raison d'un coefficient de couplage électromécanique réduit k_s ².

Selon une variante, une combinaison de régions illustrée sur les figures 2 et 3 pourrait également être incluse, donc une ou plusieurs régions avec un nombre impair et une ou plusieurs régions avec un nombre pair d'électrodes voisines connectées à la même électrode en peigne.

La figure 5a illustre schématiquement un dispositif de filtre SAW 500 selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de filtre SAW 500 comprend un substrat composite 502 et douze résonateurs 511 à 516 et 521 à 526. Le substrat composite 502 comprend un substrat de base et une couche supérieure, et a les mêmes propriétés que dans les modes de réalisation précédents, par exemple le substrat 210 avec le substrat de base 214 et la couche supérieure 212 déjà décrits par rapport au premier mode de réalisation de l'invention, à la description duquel il est possible de se référer.

Dans ce mode de réalisation, le dispositif de filtre SAW 500 est un filtre échelle, comprenant une cascade de résonateurs en parallèle et en série. Le principe du filtre consiste en des cellules d’éléments d'impédance en cascade qui pourraient être de type L, T ou P en fonction de leur forme réelle.

Selon une variante, le dispositif de filtre SAW pourrait être un autre type de dispositif de filtre, par exemple un dispositif de filtre de type pont équilibré. En effet, tout dispositif de filtre SAW peut être envisagé pour autant qu'il comporte des résonateurs selon l'un des modes de réalisation 1 à 3, ou leur combinaison.

Dans ce mode de réalisation, chaque résonateur 511 à 516 et 521 à 526 comprend une structure de transducteur et deux réflecteurs, la structure de transducteur étant placée entre les deux réflecteurs. Au moins un transducteur des douze transducteurs peut être réalisé selon l'une des structures de transducteur 200, 300, 400 selon des modes de réalisation un à trois, comme illustré sur les figures 2 à 4. Leurs caractéristiques ne seront pas décrites à nouveau en détail, mais référence est faite à leur description. Les douze transducteurs sont conçus de sorte que leur coefficient de couplage électromécanique k/soit essentiellement le même, mais leur structure peut être différente, notamment pour ajuster les fréquences de résonance et d'antirésonance pour façonner correctement la réponse de filtre, comme décrit ci-après.

Les résonateurs 511 à 516 sont placés en parallèle tandis que les résonateurs 521 à 526 sont placés en série.

Dans un tel filtre, la résonance des résonateurs en série 521 à 526 est adaptée à l'antirésonance des résonateurs en parallèle 511 à 516 au centre de la bande passante, de manière à assurer un maximum de transmission autour de la fréquence centrale. Aux fréquences correspondant à la résonance des résonateurs parallèles 511 à 516, respectivement l'antirésonance des résonateurs en série 521 à 526, la transmission est quasi nulle, ce qui permet de concevoir des fonctions de filtre avec des bandes de transition étroites et un fort rejet.

Comme déjà mentionné, dans un dispositif de filtre SAW de l’état de l’art, des ondes électroacoustiques générées par la structure de transducteur se déplacent dans le volume de la couche piézoélectrique et sont réfléchies au niveau de l'interface avec le substrat de base. Ces ondes réfléchies perturbent les caractéristiques de filtre du dispositif SAW conduisant à ce que l'on appelle un « effet de crécelle » à l'extérieur de la bande passante du filtre, réduisant ainsi la performance du dispositif.

Les structures de transducteur et le dispositif SAW selon l'invention réduisent la quantité d'ondes électroacoustiques générées pour réduire ainsi la quantité d'ondes électroacoustiques réfléchies au niveau de l'interface entre la couche piézoélectrique et le substrat de base. Cela est rendu possible en supprimant des sources électroacoustiques et en réduisant le couplage électromécanique de la structure de transducteur. Cette réduction du couplage électromécanique de la structure du transducteur correspond à une augmentation artificielle de la capacité statique du transducteur pour une capacité dynamique constante (ou vice versa).

En outre, en utilisant un matériau piézoélectrique à fort couplage électromécanique, tel que du LiTaO₃ ou du LiNbO₃avec un coefficient de couplage électromécanique compris entre 0,92 et 20 %, et même plus, en combinaison avec une structure de transducteur 200, 300, 400 selon l'un des modes de réalisation 1 à 3 de la présente invention, un dispositif de filtre SAW 500 fabriqué sur un substrat composite 502 peut présenter à la fois une meilleure stabilité en température et des caractéristiques de filtrage améliorées du passe-bande par rapport à une structure de transducteur de l’état de l’art. En particulier, des dispositifs de filtre SAW 500 avec une bande passante de filtre relative comprise entre 0,1 et 2 % peuvent être réalisés.

La figure 5b illustre schématiquement un exemple pratique d'une structure de transducteur 600 utilisée en tant que transducteur 517 dans le dispositif SAW 500 illustré sur la figure 5a.

La structure de transducteur 600 comprend une paire d'électrodes en peigne interdigitées 602 et 604 avec une pluralité de moyens d'électrode 606 et 608, ici des doigts sur un substrat 610.

Le substrat composite 610 est une couche de tantalate de lithium (LiTaO₃) avec une coupe Y à 42°, propagation X, également notée (YX/)/42° selon la norme IEEE 1949 Std-176, fournie sur un substrat de base en Silicium. Le LiTaO₃ a une épaisseur de 20 pm.

Dans la structure de transducteur 600, une méta-période 612 peut être définie sous la forme λ = 4λ = 8p, p étant le pas d'électrode de la structure de transducteur 600. Un total de dix doigts d'électrode 604, 608 sont donc présents dans la méta-période 612. La structure de transducteur 600 comprend au total sept méta-périodes 612, mais seulement trois d’entre elles, 612_1, 612_2 et 612_3 sont illustrées sur la figure 5b.

Chacune des sept méta-périodes de la structure de transducteur 600 comprend une suppression de sources électroacoustiques, due à la présence d'au moins une région 614 avec une pluralité de doigts d'électrode reliés au même potentiel dans chacune d’elles. La structure de transducteur montre une configuration non périodique de la suppression de sources dans sa structure, puisque chacune des méta-périodes représentées sur la figure 5b comprend une structure de suppression de sources différente.

Dans la méta-période 612_1, une région 614_1 comprend neuf doigts d'électrode 606_1 à 606_9 au même potentiel -V, sans aucun doigt d'électrode 608 de l'électrode en peigne interdigitée opposée 604 entre les doigts d'électrode 606_1 à 606_9. Une seule source électroacoustique 616 est présente dans la méta-période 612_1, entre le doigt d'électrode 608_1 connecté en +V et le doigt d'électrode 606_1 connecté en -V.

Dans la méta-période 612_2, deux régions 614_2 et 614_3 comprenant six doigts d'électrode 606_10 à 606_15 et trois doigts d'électrode 606_16 à 606_18 au même potentiel - V, sans aucun doigt d'électrode 608 de l'électrode en peigne interdigitée opposée 604 entre les doigts d’électrode 606_10 à 606_15 et entre les doigts d'électrode 606_16 à 606_18. Un seul doigt d'électrode 608_2 connecté en +V est présent entre les doigts d'électrode 606_15 et 606_16, de sorte que deux sources électroacoustiques 616 et 618 sont présentes dans la métapériode 612_2.

Dans la méta-période 612_3, deux régions 614_4 et 614_5 comprenant respectivement deux doigts d'électrode 606_19 et 606_20 et sept doigts d'électrode 606_21 à 606_27 au même potentiel -V, sans aucun doigt d'électrode 608 à partir de l'électrode en peigne interdigitée opposée 604 entre les doigts d'électrode 606_19 et 606_20 et entre les doigts d'électrode 606_21 à 606-27. Un seul doigt d'électrode 608_3 connecté en +V est présent entre les doigts d'électrode 606_20 et 606_21, de sorte que deux sources électroacoustiques 616 et 618 sont présentes dans la méta-période 612_3.

En comparaison à une structure de transducteur 100 où tous les doigts d'électrode sont en potentiel alternatif, comme représenté sur la figure 1, dans ce mode de réalisation, la combinaison non périodique des régions 614_1 à 614_4 telle que représentée sur la figure 5b entraîne une suppression de sources électroacoustiques, ce qui entraîne à son tour une réduction du coefficient de couplage électromécanique k_s ².

La figure 5c montre comment le coefficient de couplage électromécanique k_s ², tracé sur l'axe Y, varie avec le nombre de doigts d'électrode connectés, également appelés doigts d'électrode actifs dans la structure du transducteur, tracé sur l'axe X. Trois valeurs expérimentales du coefficient de couplage électromécanique ks² sont tracées pour un nombre d'électrodes connectées correspondant à 2, 3 et 4, correspondant respectivement à des valeurs de coefficient de couplage électromécanique ks²de 0,014 %, 0,022 % et 0,03 %. La ligne droite tracée sur le graphique correspond l’ajustement théorique des données expérimentales en utilisant l'équation polynomiale : f(x) = aX² + bX + c(%).

Il est possible de voir que pour une structure de transducteur 600, avec seulement deux doigts d'électrode voisins parmi les dix doigts d'électrode présents dans la méta-période étant connectés à un potentiel alternatif, un coefficient de couplage électromécanique k_s ²de l'ordre de 1,4% peut-être obtenu. Ceci correspond à une méta-période avec une seule paire de doigts d'électrode voisins connectée à un potentiel alternatif.

En augmentant le nombre de doigts d'électrode de la méta-période connectés, l'augmentation linéaire du coefficient de couplage électromécanique k_s ² peut être constatée. Pour cinq paires de doigts d'électrode de la méta-période étant connectées à un potentiel alternatif, correspondant à une structure de transducteur de l’état de l’art, comme la structure de transducteur 100, un coefficient de couplage électromécanique k_s ²de 3,8 % est obtenu.

Avec la structure de transducteur 600, un dispositif de filtre SAW tel qu'illustré sur la figure 5a, avec une bande passante de filtre réactive de 0,65 %₀ et 0,4 % et une perte de bande passante inférieure à 6dB, est obtenu. Ceci est illustré sur la figure 5d traçant le module de la fonction de transfert sur l'axe Y gauche par rapport à la fréquence normalisée sur l'axe X, correspondant à la ligne noire épaisse, tandis que le retard de groupe en ps est tracé sur l'axe Y droit, correspondant à la ligne noire fine de la figure 5d.

Le retard de groupe donne une image de la linéarité de phase dans la bande passante. Par exemple, une valeur constante de tg signifie une phase linéaire, qui est l'une des caractéristiques considérées pour les filtres. En outre, avec un dispositif de filtre SAW 500 utilisant une structure de transducteur 600 comme illustré sur la figure 5b, une sensibilité à la température avec un CTF de premier ordre (CTF^ compris entre -0,9 et 1 ppm/K et un CTF de second ordre (CTF₂) compris entre 30 et 36 ppb/K peut être atteint. La sensibilité thermique est caractérisée par les CTFi et CTF₂ autour de la température ambiante T_o = 25°C. Son expression se lit comme suit :

f = fo X (1-CTFdT- To) + CTF₂(T- T_of)

Cette expression correspond à un développement polynomial de la dépendance température-fréquence limitée au second degré comme généralement pour des SAW sur des appareils standards. Les CTFi et CTF₂ peuvent être obtenus avec précision en utilisant les meilleures procédures d’ajustement en considérant des mesures de fréquence-température expérimentales pour un point de grandeur/phase donné de la fonction de transfert ou du coefficient de réflexion ou une auto-admittance, trans-admittance ou auto-impédance ou transimpédance du filtre.

Enfin, sur la figure 5e sont représentées les caractéristiques du dispositif de filtre SAW simulées pour le dispositif de filtre SAW 500 de la figure 5a avec la structure de transducteur 600 de la figure 5b, sans et avec suppression de sources électroacoustiques dans la structure de transducteur 600. De nouveau dans la figure 5e est illustré le module de la fonction de transfert sur l'axe Y gauche par rapport à la fréquence normalisée sur l'axe X, et le retard de groupe sur l'axe Y droit.

Dans le cas de la configuration périodique de la structure de transducteur, comme dans l’état de l’art, c’est-à-dire sans suppression de source électroacoustique, deux fortes résonances parasites de 0,825 et 1,25 pour la fréquence normalisée, des fréquences à l’extérieur de la fréquence passe-bande du dispositif de filtre SAW, sont présentes.

Lorsqu'une répartition non périodique de la suppression de sources électroacoustiques est effectuée, les résonances parasites à une valeur de 0,825 et 1,25 ont disparu. Ainsi, l'amélioration du rejet hors bande par élimination de sources sous-harmoniques cohérentes est évidente. Ceci s'explique par le fait que la structure non périodique se comporte davantage comme une structure à période unique sans une quelconque perturbation due à des sousharmoniques, ce qui permet un meilleur fonctionnement des résonateurs de filtre individuels et donc une amélioration de la réponse globale du filtre.

Comme décrit ci-dessus, les effets des résonances parasites de la propagation d'ondes acoustiques de volume réfléchies dans un dispositif de filtre SAW ayant un substrat composite peuvent être réduits en supprimant des sources électroacoustiques dans une ou plusieurs régions de la structure de transducteur utilisée dans le dispositif de filtre SAW, de telle sorte que la fréquence de résonance en mode de surface du dispositif SAW reste identique ou presque identique dans toute la structure de transducteur tout en conservant les caractéristiques structurelles, à savoir la largeur et l'épaisseur des doigts d'électrode dans toute la structure de transducteur.

Un certain nombre de modes de réalisation de l'invention ont été décrits. Néanmoins, il est entendu que diverses modifications et améliorations peuvent être apportées sans s'écarter des revendications qui suivent.

Claims (18)

1. Revendications

   1. Structure de transducteur pour un dispositif à ondes acoustiques de surface, formée sur un substrat de propagation d'onde acoustique (210, 310, 410, 502, 610), ladite structure de transducteur étant adaptée pour être couplée à une charge et/ou une source électrique, comprenant :

   une paire d'électrodes en peigne interdigitées (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) formées sur ledit substrat (210, 310, 410, 502, 610), dans laquelle ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) comprend des moyens d'électrode voisins (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartenant à différentes électrodes en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) et ayant un pas p étant défini comme la distance de bord à bord de moyens d’électrode entre deux moyens d'électrode voisins (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608), le pas p satisfaisant la condition de Bragg donnée par ρ = λ/2, λ étant la longueur d’onde acoustique de fonctionnement dudit transducteur, et dans lequel les moyens d'électrode (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) ont la même géométrie ;

   caractérisée en ce que ladite paire d'électrodes en peigne interdigitées (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) comprend au moins une région (218, 316, 416, 614) dans laquelle deux moyens d'électrode voisins ou plus (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartiennent à la même électrode en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) tout en ayant une distance de bord à bord les uns par rapport aux autres correspondant au pas p et ayant la même géométrie.
2. 2. Structure de transducteur selon la revendication 1, comprenant une pluralité de régions (218, 316, 416, 614) avec deux moyens d'électrode ou plus (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartenant à la même électrode en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604).
3. 3. Structure de transducteur selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les moyens d'électrode (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) sont un doigt d'électrode ou des doigts fendus, lesdits doigts fendus comprenant deux doigts d'électrode adjacents ou plus au même potentiel.
4. 4. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle des régions (218, 316, 416, 614) avec deux moyens d'électrode voisins ou plus (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartenant à la même électrode en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) ne sont pas réparties périodiquement.
5. 5. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la au moins une région (218), en particulier chacune de la au moins une région (218), avec deux moyens d'électrode voisins ou plus (208) appartenant à la même électrode en peigne (204) comprend un nombre pair, de moyens d'électrode voisins (208_4, 208_5) appartenant à la même électrode en peigne (204).
6. 6. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la au moins une région (316, 416, 614), en particulier chacune de la au moins une région (316, 416, 614) avec deux moyens d'électrode voisins ou plus (308, 408, 606) appartenant à la même électrode en peigne (304, 404, 602) comprend un nombre impair, de moyens d'électrode voisins (308_5, 308_6, 308_7, 408_4, 408_5, 408_6, 408_9, 408_10, 408_11, 606_16, 606_17, 606_18) appartenant à la même électrode en peigne (304, 404, 602).
7. 7. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le nombre de moyens d'électrode voisins (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartenant à la même électrode en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) est différent entre au moins deux régions (218, 316, 416, 614) avec deux moyens d’électrode voisins ou plus (206_r 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartenant à la même électrode en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604).
8. 8. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'électrode voisins (206, 208, 306, 308, 406, 408, 606, 608) appartenant à la même électrode en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604) sont prévus sur les deux électrodes en peigne (202, 204, 302, 304, 402, 404, 602, 604).
9. 9. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le substrat (210, 310, 410, 502, 610) est un substrat composite (210, 310, 410, 502, 610) comprenant au moins un substrat de base (214) d’un premier matériau et une couche supérieure d’un matériau piézoélectrique (212), dans lequel la couche piézoélectrique (212) est du tantalate de lithium LiTaO₃ ou du niobate de lithium LiNbO₃.
10. 10. Structure de transducteur selon la revendication 9, dans laquelle la couche piézoélectrique (212) est du tantalate de lithium LiTaO₃ avec une orientation cristalline définie selon la norme IEEE 1949 Std-176 par (YX/)/5 avec 36° < 8 < 52°.
11. 11. Structure de transducteur selon la revendication 9, dans laquelle la couche piézoélectrique (212) est du niobate de lithium LiNbO₃ avec une orientation cristalline définie selon la norme IEEE 1949 Std-176 par (YX/)/<9 avec 36° < 8 < 52° ou 60° < d < 68° ou 120° < 3 < 140°, ou par (YXQ/Ψ avec 85° < Ψ < 95°, ou par (YXw/t)/ 3Ψ avec = 90°, -30° < 3 < +45° et 0° < Ψ < 45°.
12. 12. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans laquelle le substrat de base (214) comprend du silicium.
13. 13. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans laquelle l'épaisseur de la couche piézoélectrique (212) formée sur le substrat de base (214) est plus qu'ne longueur d'onde.
14. 14. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans laquelle le matériau du substrat de base (214) et le matériau piézoélectrique (212) ont un coefficient de température de fréquence (CTF) différent.
15. 15. Structure de transducteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans laquelle le matériau du substrat de base (214) a une dilatation thermique inférieure à celle du matériau piézoélectrique (212).
16. 16. Dispositif de filtre d’ondes acoustiques de surface comprenant au moins une structure de transducteur (200, 300, 400, 600) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
17. 17. Dispositif de filtre d’ondes acoustiques de surface selon la revendication 16, dans lequel chaque structure de transducteur (200, 300, 400, 600) du dispositif de filtre d’ondes acoustiques de surface a la même configuration.
18. 18. Dispositif de filtre d’ondes acoustiques de surface selon l'une quelconque des revendications précédentes 16 ou 17, dans lequel la bande passante de filtre est plus étroite que la bande passante maximale pouvant être obtenue pour un couple de substrats en mode donné.