FR3114931A1 - Structure réflectrice pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) - Google Patents
Structure réflectrice pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) Download PDFInfo
- Publication number
- FR3114931A1 FR3114931A1 FR2010072A FR2010072A FR3114931A1 FR 3114931 A1 FR3114931 A1 FR 3114931A1 FR 2010072 A FR2010072 A FR 2010072A FR 2010072 A FR2010072 A FR 2010072A FR 3114931 A1 FR3114931 A1 FR 3114931A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- acoustic wave
- saw device
- substrate
- layer
- reflective structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 title claims abstract description 99
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 79
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 31
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 30
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 25
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical group Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 23
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011295 pitch Substances 0.000 claims description 19
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 15
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 14
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 53
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 14
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101000582320 Homo sapiens Neurogenic differentiation factor 6 Proteins 0.000 description 1
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100030589 Neurogenic differentiation factor 6 Human genes 0.000 description 1
- 229910004481 Ta2O3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910000154 gallium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- -1 molybdenum Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02637—Details concerning reflective or coupling arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
- H03H9/14538—Formation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02566—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of semiconductor substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/0259—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of langasite substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02637—Details concerning reflective or coupling arrays
- H03H9/02653—Grooves or arrays buried in the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
- H03H9/14538—Formation
- H03H9/14541—Multilayer finger or busbar electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
L'invention concerne un dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW), comprenant une structure de transducteur interdigité (102, 252) et au moins une structure réflectrice d'ondes acoustiques (104, 106, 254, 256) fournies es sur ou dans un substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114’), caractérisé en ce que la structure de transducteur interdigité (102) comprend un premier matériau et la au moins une structure réflectrice d’ondes acoustiques (104, 106) comprend un deuxième matériau différent du premier matériau et/ou la structure réflectrice d'ondes acoustiques (104, 106) et la structure de transducteur interdigité (102) ont des paramètres géométriques différents. L’invention concerne en outre un capteur, comprenant un dispositif SAW tel que décrit précédemment, et un procédé pour fabriquer un dispositif SAW comprenant au moins une structure réflectrice d'ondes acoustiques. Figure pour abrégé : figure 1a
Description
L’invention concerne un dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW), comprenant au moins une structure réflectrice, et un capteur comprenant un tel dispositif. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer un tel dispositif SAW.
Des dispositifs à ondes acoustiques de surface, et en particulier des dispositifs à résonateurs, ont été utilisés dans un nombre croissant d'applications pratiques, comme des filtres et des capteurs. Des ondes acoustiques de surface sont formées par des transducteurs interdigités (IDT) fournis sur des substrats piézoélectriques. Pour réfléchir les ondes acoustiques de surface et créer une cavité, des réflecteurs de Bragg, formés par un grand réseau de doigts métalliques court-circuités, sont fournis de chaque côté de l'IDT. Dans un dispositif à un port, l'IDT reçoit le signal d'entrée électrique pour créer l'onde acoustique de surface, et mesure également l'onde acoustique réfléchie pour fournir un signal de sortie. Dans des dispositifs à deux ports, un second IDT est inséré dans la cavité et est utilisé pour détecter l'onde réfléchie. Dans des capteurs de température SAW, un changement de température a pour résultat un changement de la fréquence de résonance qui est détectée par l'IDT de sortie.
La conception de dispositifs SAW doit être telle qu’une pluralité de paramètres sont satisfaits. Ils comprennent un couplage électromécanique suffisant, un facteur de qualité suffisamment élevé de même qu'une réflectivité élevée des miroirs de Bragg. Dans les conceptions actuelles, il est particulièrement difficile de fournir une réflectivité suffisamment élevée en même temps qu'une conception compacte pour permettre une intégration dans des dispositifs devenant de plus en plus petits. Ceci est particulièrement vrai pour des applications de capteur.
Un autre domaine d'intérêt concerne des applications de température élevée de capteurs de température SAW. Dans ce contexte, une température élevée concerne des températures dépassant 500°C. Des capteurs de température SAW de la technique antérieure souffrent de changements de propriété de matériau affectant leur réponse électrique à des températures élevées. Des structures réflectrices d'ondes acoustiques en métaux ayant des numéros atomiques élevés présentant des températures de fusion supérieures à 1000°C, comme PT, TA, W, Ir, Pd ou Au, se détériorent à des températures plus élevées et/ou présentent des variations élevées de leurs propriétés physiques, en particulier une perte de réflectivité avec des températures plus élevées. D'autres métaux comme le molybdène, qui présente des valeurs de réflectivité élevées à des températures élevées, sont difficiles à manipuler dans un processus de fabrication industriel du fait de leur point de fusion élevé (supérieur à 2500°C pour le Mo).
Le but de l’invention est par conséquent de surmonter les inconvénients ci-dessus en fournissant une conception alternative pour un dispositif à ondes acoustiques de surface qui fournit une conception plus compacte et/ou est approprié pour des applications de température élevée.
Le but est atteint à l'aide d'un dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW), comprenant une structure de transducteur interdigité et au moins une structure réflectrice d'ondes acoustiques fournie e sur ou dans un substrat de propagation d'ondes acoustiques, caractérisé en ce que la structure de transducteur interdigité comprend un premier matériau, et la au moins une structure réflectrice d'ondes acoustiques comprend un deuxième matériau différent du premier matériau et/ou la structure réflectrice d'ondes acoustiques et la structure de transducteur interdigité ont des paramètres géométriques différents. En permettant à un concepteur de choisir indépendamment de matériau et/ou des paramètres géométriques des miroirs et de l'IDT, les paramètres importants du dispositif SAW, comme le couplage électromécanique, le facteur de qualité, la stabilité en réflectivité ou en température, peuvent être mieux optimisés car davantage de degrés de liberté sont fournis par rapport à la technique antérieure utilisant le même métal pour des miroirs et l'IDT, de même que la même géométrie. En même temps, le nombre de bandes nécessaires dans les miroirs peut être réduit lorsque la réflectivité est optimisée, conduisant à des dispositifs SAW plus compacts.
Selon une variante, l'impédance acoustique ρCref du deuxième matériau et l'impédance acoustique ρCsubdu substrat de propagation d’ondes acoustiques peuvent être mises en correspondance, de telle sorte que [Math 1] est inférieur à 50 %, en particulier inférieur à 25 %. En choisissant les matériaux de telle sorte que les impédances acoustiques correspondent, une augmentation de la réflectivité peut être observée.
Selon une variante de l'invention, le premier matériau et le deuxième matériau sont des métaux, en particulier le deuxième matériau est l'un du platine (Pt), du tungstène (W), du molybdène (Mo) ou du tantale (Ta). L'utilisation de métaux simplifie le processus de fabrication, en particulier des étapes de processus de fabrication par décollage peuvent être utilisées, qui peuvent être commandées suffisamment en particulier lors de l'utilisation de techniques de dépôt par évaporation. Selon une variante, de l'iridium (Ir) ou du zirconium (Zr) pourraient également être utilisés en tant que deuxième matériau.
Selon une variante de l'invention, la structure réflectrice d'ondes acoustiques peut comprendre une pluralité de bandes métalliques isolées électriquement les unes des autres. Selon encore une autre variante, le deuxième matériau et son orientation cristalline et le matériau du substrat de propagation d'ondes acoustiques et son orientation cristalline sont tels que les contributions électrique et mécanique à une réflexion d'ondes acoustiques sont déphasées. Ainsi, des conditions de circuit ouvert sont particulièrement favorables lors de l'utilisation d'une orientation cristalline pour laquelle des effets de réflexion électrique et mécanique ne sont pas en phase, par exemple comme pour des ondes de Rayleigh sur LiNbO3avec une coupe (YXl)/128° en utilisant des bandes d'aluminium (Al). Dans ce cas, un effet de combinaison destructeur entre des contributions de réflexion mécanique et électrique peut être empêché.
Selon une variante de l'invention, le deuxième matériau est un matériau diélectrique. De manière surprenante, l'utilisation d'un matériau diélectrique pour la structure réflectrice d'ondes acoustiques fournit des valeurs de réflectivité à des températures élevées, en particulier dépassant 500°C, qui permettent leur utilisation dans des applications de température élevée. La variation de la réflectivité avec la température est également suffisamment basse pour permettre de fournir des capteurs ayant une sensibilité acceptable dans des applications de température élevée. Un bénéfice provient de l'effet de réflexion mécanique, car il n'y a pas d'effet de réflexion électrique et par conséquent aucun risque de combinaison destructrice. Pour tirer bénéfice de cet effet mécanique, l’onde doit être capable d'entrer dans l'obstacle. Ainsi, une correspondance d'impédances telle qu'expliquée ci-dessus peut supporter la réflexion souhaitée.
Selon une variante de l'invention, le dispositif à ondes acoustiques de surface peut comprendre en outre une couche de passivation fournie e uniquement sur la structure de transducteur interdigité du dispositif SAW. La couche de passivation protège les électrodes et améliore ainsi l'intégrité de métal des électrodes d'IDT, en particulier pour des températures supérieures à 500°C.
Selon une variante de l’invention, la couche de passivation et la au moins une structure réflectrice peuvent être faites du même matériau diélectrique. La au moins une structure réflectrice et la couche de passivation peuvent par conséquents toutes les deux être fournies pendant la même étape de fabrication. Ainsi, même si différents matériaux sont utilisés pour l'IDT et la structure réflectrice d'ondes acoustiques, le processus de fabrication peut être maintenu simple.
Selon une variante, le substrat de propagation d'ondes acoustiques peut comprendre du nitrure d'aluminium (AlN) comme matériau piézoélectrique et de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du tantalate de lithium (LiTaO3) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou de la langasite (LGS) comme matériau diélectrique. Selon une autre variante, le substrat de propagation d'ondes acoustiques peut comprendre du langasite (LGS) comme matériau piézoélectrique et de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du niobate de lithium (LiNbO3) ou du tantalate de lithium (LiTaO3) comme matériau diélectrique. Selon une variante, le substrat de propagation d'ondes acoustiques peut comprendre du nitrure de gallium (GaN) comme matériau piézoélectrique et de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure de gallium (GaN) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du niobate de lithium (LiNbO3) ou du tantalate de lithium (LiTaO3) comme matériau diélectrique. Pour ces matériaux, une réflectivité élevée ainsi qu'une stabilité à température élevée peuvent être observées.
Selon une variante de l'invention, le substrat de propagation d'ondes acoustiques peut être un substrat composite comprenant une couche piézoélectrique sur un substrat de base, en particulier un substrat de base de silicium ou un substrat de base de saphir, ou même un substrat de quartz, en supposant une propagation le long d'axes appropriés, en particulier ce que l'on appelle la coupe STW correspondant à YXlt)/36°/90°. Un substrat composite peut améliorer la performance des dispositifs SAW et donner une souplesse à la conception. L'utilisation de substrats composites permet en particulier l'utilisation d'ondes acoustiques autres que des ondes de Rayleigh, comme des ondes de cisaillement ou des ondes longitudinales guidées par la couche piézoélectrique.
Selon une variante de l'invention, la couche piézoélectrique peut être du tantalate de lithium (LiTaO3) et le matériau diélectrique du tantalate de lithium (LiTaO3) ou de l’oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l’oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du langasite (LGS) ou du nitrure de gallium (GaN). Selon une autre variante, la couche piézoélectrique peut être du niobate de lithium (LiNbO3) et le matériau diélectrique du niobate de lithium (LiNbO3) ou de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du langasite (LGS). Selon encore une autre variante, la couche piézoélectrique peut être du nitrure de gallium (GaN) et le matériau diélectrique est de l'oxyde d'aluminium (Al2O3), ou du nitrure d'aluminium (AlN), ou du niobate de lithium (LiNbO3), ou du langasite (LGS). Pour ces matériaux, une réflectivité élevée ainsi qu'une stabilité à température élevée peuvent être observées.
Selon une variante préférée, le substrat piézoélectrique peut être un substrat piézoélectrique sur isolant (POI), en particulier avec une couche de LiTaO3(YXl)/42° sur du SiO2sur ce que l'on appelle une couche de polysilicium riche en pièges fournie e sur un substrat de base de Si(100). Ce type de substrat a typiquement une couche piézoélectrique d'une épaisseur de 600 nm, une couche de SiO2de 500 nm et une couche de polysilicium riche en pièges de 1 µm. Ce substrat POI est particulièrement bien adapté pour des ondes de cisaillement, des ondes longitudinales devenant accessibles lors de l'utilisation de LiTaO3(YXlt)/42°/90° en tant que couche supérieure. Une couche riche en pièges peut améliorer la performance d'isolation du substrat de base et peut être formée par au moins l'un de matériaux polycristallins, amorphes ou poreux, comme par exemple du silicium polycristallin, du silicium amorphe ou de silicium poreux. L'expression « riche en pièges » signifie une couche qui peut absorber des charges électriques sans cependant former une couche conductrice.
Selon une variante, la couche piézoélectrique du substrat POI est de l’AIN ou du GaN. Ces matériaux peuvent également fournir des ondes acoustiques.
Selon une variante, la couche piézoélectrique peut être du niobate de lithium (LiNbO3) et le matériau diélectrique du niobate de lithium (LiNbO3) ou de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du langasite (LGS). Selon une variante, la couche piézoélectrique peut être du nitrure de gallium (GaN) et le matériau diélectrique est de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du niobate de lithium (LiNbO3) ou du langasite (LGS) ou du nitrure de gallium (GaN). Selon une variante, la couche piézoélectrique peut être du nitrure d'aluminium (AlN) et le matériau diélectrique est de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure de gallium (GaN) ou du langasite (LGS) ou du nitrure d'aluminium (AlN). Pour ces matériaux, des valeurs de réflectivité élevées sont observées.
Selon une variante, le paramètre géométrique peut être l'une d'une largeur ou d'une hauteur de la structure réflectrice d'ondes acoustiques et de la structure de transducteur interdigité. Ces paramètres peuvent être changés facilement dans des étapes de dépôt de couche et de fabrication de réalisation de motif standards.
Selon une variante de l'invention, le dispositif SAW peut comprendre des première et seconde structures réflectrices d'ondes acoustiques, une de chaque côté de la structure de transducteur interdigité, les première et seconde structures réflectrices comprenant deux matériaux différents et/ou les structures réflectrices d’ondes acoustiques ayant des pas différents. Les deux miroirs se comportant différemment, un capteur différentiel peut être formé par des moyens simples.
Selon une variante, le dispositif SAW peut comprendre deux IDT connectés électriquement l'un à l'autre et séparés l'un de l'autre par une structure réflectrice supplémentaire. Une telle conception peut être utilisée dans des mesures différentielles, comme la structure réflectrice supplémentaire améliore la séparation en deux cavités de résonance distinctes. La structure réflectrice supplémentaire positionnée entre les deux IDT connectés fournit la réflectivité nécessaire pour fonctionner en tant que résonateur dans les deux cavités. Ainsi, par comparaison à des dispositifs SAW différentiels de la technique antérieure, où l’IDT est utilisé à la fois comme source des ondes acoustiques et réflecteur, la réflectivité est désaccouplée du couplage électromécanique de l'IDT, de sorte que les deux peuvent être conçus indépendamment l'un de l'autre pour satisfaire les spécifications du dispositif. Dans le cas où deux pas différents sont utilisés pour les deux miroirs, deux structures réflectrices supplémentaires ayant des pas correspondants peuvent être fournies es entre les deux IDT.
Selon une variante, la structure réflectrice supplémentaire comprend un troisième matériau différent du deuxième matériau. Ainsi, les mêmes avantages par rapport à la réflectivité et la stabilité dans des applications de température élevée peuvent être obtenus pour la structure réflectrice d'ondes acoustiques entre les deux IDT. Ainsi, selon l'invention, au moins l'une de la structure réflectrice supplémentaire ou de la structure réflectrice d'ondes acoustiques dans laquelle les IDT sont agencés est réalisée en un matériau diélectrique.
Selon une variante de l'invention, la au moins une structure réflectrice peut comprendre moins de 300 bandes. Ainsi, en utilisant un matériau diélectrique avec une réflectivité améliorée par comparaison à des électrodes métalliques dans le réflecteur de Bragg, il est possible d’obtenir une structure réflectrice plus compacte par comparaison à une structure réflectrice métallique. Ainsi, la taille globale du dispositif SAW peut être réduite. Le nombre de bandes dépend typiquement de l'application. Pour des filtres, les miroirs peuvent être constitués de 15 à 40 bandes, tandis que pour des capteurs de résonance pour lesquels une réflectivité d'électrode est habituellement inférieure, davantage de bandes sont nécessaires, mais un nombre inférieur à 300 reste suffisant.
Le but de l'invention est également atteint par un dispositif capteur pour capter un paramètre physique, comprenant un dispositif SAW tel que décrit précédemment. Du fait de l'utilisation d'un matériau diélectrique, le dispositif capteur SAW peut être utilisé dans des applications de température élevée, par exemple supérieure à 500°C. Les paramètres physiques peuvent être la température, la pression, l'effort, etc.
Le but de l’invention est également atteint à l'aide d'un procédé pour fabriquer un dispositif SAW, en particulier tel que décrit ci-dessus, comprenant au moins une structure réflectrice d'ondes acoustiques et une structure de transducteur interdigité sur ou dans un substrat de propagation d'ondes acoustiques, et caractérisé en ce qu'il comprend une étape a) de former une couche diélectrique sur et/ou dans le substrat de propagation d'ondes acoustiques et une étape b) de doter la couche diélectrique d'un motif pour former ainsi la au moins une structure réflectrice d’ondes acoustiques. Le processus de fabrication du dispositif SAW selon l’invention avec ses propriétés de réflectivité améliorées et sa stabilité en température est compatible avec le processus de fabrication de dispositifs SAW standard.
Selon une variante de l'invention, l'étape a) comprend la formation de la couche diélectrique sur la structure de transducteur interdigité du dispositif SAW pour former ainsi une couche de passivation sur la structure de transducteur. Ainsi, il est possible d’utiliser la même étape de dépôt pour réaliser la couche de passivation du dispositif IDT afin de protéger ses éléments métalliques et la structure réflectrice d’ondes acoustiques en même temps. Ainsi, même si deux matériaux différents sont utilisés pour l'IDT et la structure réflectrice d’ondes acoustiques, les efforts de fabrication supplémentaires sont limités, comme la couche de passivation et les structures réflectrices d’ondes acoustiques peuvent être réalisées en même temps.
Il est possible de comprendre l’invention en se reportant à la description qui suit effectuée conjointement avec les dessins annexés, sur lesquels des références numériques identifient des caractéristiques de l'invention.
La est une vue latérale d'un dispositif SAW selon le premier mode de réalisation de l’invention.
La est une vue latérale d'un dispositif SAW selon une variante du premier mode de réalisation de l'invention.
La fournit un tableau de valeurs d'impédance acoustique.
La fournit un tableau de valeurs de réflectivité calculées.
La est une vue latérale d'un dispositif SAW selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La est une vue de dessus d'un dispositif SAW selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
La est une vue de dessus d'un dispositif SAW selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
La montre les propriétés de dispersion simulées de vitesse de phase et de réflectivité pour du Pt et Ta selon des exemples de la technique antérieure.
La montre les propriétés de dispersion simulées de vitesse de phase et de réflectivité pour du Pt et Ta selon des exemples de la technique antérieure.
La montre les propriétés de dispersion simulées de vitesse de phase et de réflectivité pour du AlN et GaN selon le premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les propriétés de dispersion simulées de vitesse de phase et de réflectivité pour du Si3N4 et Al2O3 selon le premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les propriétés de dispersion simulées de vitesse de phase et de réflectivité pour du SiO2 et Ta2O5 selon le premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la vitesse (m/s) sur le rapport a/p (largeur a de la bande métallique sur la période de réseau p) et h/λ (%) (hauteur h de l'électrode sur la longueur d'onde acoustique λ également égale à deux fois la période de réseau p) de Si3N4 comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour des ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation du coefficient de réflexion sur le rapport a/p (largeur a de la bande métallique sur la période de réseau p) et h/λ (%) (hauteur h de l'électrode sur la longueur d'onde acoustique λ également égale à deux fois la période de réseau p) de Si3N4 comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour des ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la vitesse (m/s) sur le rapport a/p et h/λ (%) de AlN comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour des ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la réflexion sur le rapport a/p et h/λ (%) de AlN comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour des ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la vitesse (m/s) sur le rapport a/p et h/λ (%) de Al2O3 comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour des ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la réflectivité sur le rapport a/p et h/λ (%) de Al2O3 comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour des ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la vitesse (m/s) sur le rapport a/p et h/λ (%) de SiO2 comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour de ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la réflectivité sur le rapport a/p et h/λ (%) de SiO2 comme matériau d'obstacle de réseau réflecteur pour les ondes de Rayleigh sur LGS (YXlt)/48,5°/26,7° du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre des propriétés de dispersion simulées de la vitesse et de la réflectivité d’électrodes de Mo et Pt sur un substrat composite comprenant une couche d’AlN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C pour un exemple selon la technique antérieure.
La montre des propriétés de dispersion simulées pour du Si3N4 et de l’Al2O3 sur un substrat composite comprenant une couche d’AlN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C selon le premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la vitesse (m/s) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour des électrodes à base d’Al2O3 pour la couche d'AlN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation du coefficient de réflexion (%) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour des électrodes à base d’Al2O3 pour la couche d'AlN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation de la vitesse (m/s) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour des électrodes à base d’Al2O3 pour la couche de GaN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C du premier mode de réalisation de l'invention.
La montre les résultats du calcul de la variation du coefficient de réflexion (%) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour des électrodes à base d’Al2O3 pour la couche de GaN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C du premier mode de réalisation de l'invention.
La illustre un schéma des étapes du procédé de fabrication d'un dispositif SAW à ondes acoustiques de surface selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
La illustre un schéma des étapes du procédé de fabrication d'un dispositif SAW à ondes acoustiques de surface selon un sixième mode de réalisation de l'invention.
La illustre un schéma des étapes du procédé de fabrication d'un dispositif SAW à ondes acoustiques de surface selon un septième mode de réalisation de l'invention.
La représente un dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW) 100 selon l'invention. Le dispositif SAW 100, dans ce mode de réalisation, est un résonateur à port unique, comprenant une structure de transducteur interdigité (IDT) 102 fournie e entre deux structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106. Dans ce mode de réalisation, la structure de transducteur 102 est positionnée de manière symétrique à une distance d par rapport aux structures réflectrices 104, 106. La structure de transducteur 102 et ses structures réflectrices d'ondes acoustiques adjacentes 104, 106 forment une cavité acoustique, l'espace libre 116, 118 entre l'IDT 102 et les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104 et 106 ayant les dimensions L1 et L2, respectivement. Dans ce mode de réalisation, la structure de transducteur 102 est positionnée de manière symétrique, et ainsi L1 = L2, mais selon une variante, L1 pourrait également être différente de L2.
La structure de transducteur interdigité 102 et les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 sont formées sur un substrat de propagation d'ondes acoustiques 114.
Le substrat de propagation d'ondes acoustiques 114 peut être un substrat piézoélectrique massif, par exemple le niobate de lithium (LiNbO3), tantalate de lithium (LiTaO3), quartz (SiO2), orthophosphate de gallium (GaPO4), langasite (LGS), nitrure d'aluminium (AlN) ou nitrure de gallium (GaN), ou un substrat composite 114'.
Le substrat composite 114' comprend une couche de matériau piézoélectrique d'une épaisseur de l'ordre de la longueur d'onde λ ou inférieure, en particulier une épaisseur d'environ 20 µm ou moins, formée sur un substrat de base. La couche piézoélectrique peut être une couche de niobate de lithium (LiNbO3), tantalate de lithium (LiTaO3), langasite (LGS), nitrure d'aluminium (AlN) ou nitrure de gallium (GaN). Le substrat de base peut être un substrat à base de silicium ou de saphir ou un substrat de quartz supposant une propagation le long d’axes appropriés, en particulier la coupe dite STW correspondant à YXlt)/36°/90°.
Le substrat composite 114’ peut également être un substrat piézoélectrique sur isolant (POI). Selon un exemple, la couche piézoélectrique est une couche de LiTaO3(YXl)/42° sur du SIO2sur ce que l'on appelle une couche de polysilicium riche en pièges fournie e sur un substrat de base de Si(100). Une couche riche en pièges peut améliorer la performance d'isolation du substrat de base, et peut être formée par au moins l'un de matériaux polycristallins, amorphes ou poreux, comme par exemple du silicium polycristallin, du silicium amorphe ou du silicium poreux. L'expression « riche en pièges » signifie une couche qui peut absorber des charges électriques cependant sans former une couche conductrice. Ici, la couche piézoélectrique à une épaisseur de 600 nm, la couche de SiO2a une épaisseur de 500 nm, et la couche de polysilicium riche en pièges a une épaisseur de 1 µm. Selon une variante, la couche piézoélectrique est AlN ou GaN.
Dans la variante où les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 et/ou la structure de transducteur 102 est/sont positionnée(s) au moins partiellement dans le substrat d'ondes acoustiques 114 et lorsque le substrat 114 est un substrat composite, la structure réflectrice d'ondes acoustiques 104, 106 et/ou la structure de transducteur 102 sont au moins partiellement intégrées dans la couche piézoélectrique du substrat composite.
L'IDT 102 comprend des électrodes en peigne interdigitées opposées 108 et 110, chacune d'elles ayant une pluralité de doigts d'électrode, respectivement, étant interdigités les uns avec les autres. Les électrodes et les doigts d'électrode 108 et 110 sont réalisés en un premier matériau, à savoir en tout matériau électriquement conducteur approprié, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium. Dans le cas d'applications de température élevée, par exemple au-delà de 500°C, les électrodes en peigne 108, 110 de l'IDT 102 peuvent être des électrodes de Ti/Pt, Ta/Pt, Ir, Zr, W, Mo, car ces métaux sont compatibles avec des températures élevées.
Comme illustré sur la , les électrodes en peigne interdigitées 108, 110 ont un pas p1 étant défini comme la distance de doigt d'électrode de bord à bord, ou plus précisément du bord gauche au bord gauche du doigt respectif comme illustré, entre deux doigts d'électrode voisins. Le pas p1 satisfait de préférence la condition de Bragg donnée par p1 = λ/2, λ étant la longueur d'onde acoustique de fonctionnement de ladite structure de transducteur. Ainsi, la structure du transducteur fonctionne à la condition de Bragg. Dans une variante, la structure de transducteur peut également fonctionner en dehors de la condition de Bragg. Les doigts des électrodes en peigne interdigitées 108, 110 ont une hauteur h1 et une largeur a1.
Les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 comprennent chacune une pluralité de bandes parallèles 112. Selon l'invention, les bandes 112 des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 sont réalisées en un deuxième matériau différent du premier matériau de l'IDT 102. Les bandes ont une largeur a2 et une hauteur h2.
Les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 sont définies par le pas p2 des bandes 112, correspondant à la distance de bord à bord (bord gauche à bord gauche), entre les bandes 112, dans les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106, comme illustré sur la . Le pas p2 des bandes 112 des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 dans ce mode de réalisation est le même que le pas d'électrode p1 de la structure de transducteur 102.
Dans une variante, le pas p2 des bandes 112 des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 peut être différent du pas d’électrode p1 de la structure de transducteur 102 pour former un résonateur asynchrone. P1 et p2 sont choisis de telle manière que les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 vont avoir le centre spectral de leur fonction de réflexion à la fréquence de synchronisme de l'IDT 102. Ceci réduit le couplage électromécanique du résonateur mais augmente son facteur Q pour une longueur de miroir donnée et peut améliorer la compacité du miroir.
Même avec p1 et p2, il est considéré que les deux satisfont la condition de Bragg, ce qui est dû au fait que l'IDT ne fournit pas une fonction de Dirac mais une fonction sinx/x avec une étendue spectrale permettant deux pas différents (différents, mais cependant proches l'un de l'autre).
Sur la , la hauteur h2 et la largeur a2 des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104 et 106 sont identiques à la hauteur h1 et à la largeur a1 des doigts d'électrode de l'IDT 102. Les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 et l'IDT 102 sont fabriqués par des étapes de fabrication distinctes, et il devient par conséquent facile d’obtenir des paramètres géométriques différents pour optimiser la hauteur et la largeur des uns par rapport aux autres, afin d'améliorer les caractéristiques globales du dispositif, par exemple par rapport au couplage électromécanique, au facteur de qualité et à la réflectivité. En conséquence, le pas et/ou la hauteur et/ou la largeur des doigts de l'IDT 102 et des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 peuvent également être différents, comme illustré sur la . Ici, un dispositif SAW modifié 100’ ayant a1 < a2 and h1 < h2 est représenté.
Selon une première variante du premier mode de réalisation, les premier et deuxième matériaux sont tous les deux des métaux, mais d'un type différent. Le premier matériau est choisi pour optimiser un couplage électromécanique et un facteur de qualité en fonction du substrat piézoélectrique 114 ou 114’, tandis que le deuxième matériau est choisi pour optimiser ou au moins améliorer la réflectivité des miroirs par comparaison à un dispositif SAW utilisant le même matériau pour les miroirs et l'IDT. En agissant de la sorte, le nombre de bandes 112 nécessaires pour des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 peut être réduit par comparaison à des dispositifs SAW de la technique antérieure utilisant le même métal pour l'IDT et les miroirs. Ainsi, le dispositif SAW selon l'invention devient plus compact.
Lors de l'utilisation de bandes métalliques 112 dans les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106, elles peuvent être isolées électriquement les unes des autres, de sorte que seule la partie acoustique des règles gouvernant la réflexion des ondes acoustiques doit être prise en compte lorsque l'obstacle métallique est dans un état électrique flottant. Ceci est le cas lorsque le deuxième matériau et son orientation cristalline et le matériau du substrat de propagation d'ondes acoustiques 114, 114’ et son orientation cristalline sont tels que les contributions électrique et mécanique à une réflexion d’ondes acoustiques sont déphasées. C'est par exemple le cas d’ondes de Rayleigh sur une coupe de LiNbO3(YXl)/128° en utilisant des électrodes d’Al. Dans ce cas, un effet de combinaison destructeur entre les contributions de réflexion mécanique et électrique peut être empêché.
Selon une seconde variante du premier mode de réalisation, le deuxième matériau est un matériau diélectrique. Dans ce cas, les bandes 112 peuvent être isolées les unes des autres ou connectées les unes aux autres au niveau de la bordure, par exemple par une sorte de barre omnibus, qui peut améliorer l'adhérence mécanique.
Comme cela sera montré plus loin dans un exemple pratique, pour un premier groupe de matériaux diélectriques, par exemple, le nitrure d'aluminium (AIN), le nitrure de gallium (GaN), l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou le nitrure de silicium (Si3N4) fourni sur un substrat piézoélectrique de coupe (YXlt)/48,5°/26,7°de LGS conduit à des propriétés de réflectivité plus élevées par comparaison à des structures réflectrices métalliques. Ils présentent également une stabilité améliorée à la température par rapport à des structures réflectrices métalliques de la technique antérieure.
Pour un second groupe de matériaux diélectriques, par exemple des diélectriques comme le Ta2O5ou le dioxyde de silicium (SiO2) sur le même substrat piézoélectrique, on observe une stabilité améliorée à la température par rapport aux structures réflectrices de la technique antérieure comprenant des bandes métalliques qui seront représentées plus bas. Dans le même temps, des valeurs de réflectivité suffisamment élevées sont également atteintes, ce qui les rend également adaptés à des applications de température élevée.
Ainsi, le dispositif SAW selon l'invention peut être utilisé pour des applications de température élevée avec une stabilité améliorée à des variations de température, par rapport au dispositif SAW de la technique antérieure.
Le premier groupe de matériaux diélectriques offre l'avantage supplémentaire qu'il faut prévoir moins de bandes 112, en particulier moins de 300 bandes, par comparaison à des structures réflectrices métalliques utilisant le même métal que l'IDT, pour obtenir une réflectivité globale suffisamment élevée. Ainsi, les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 selon l'invention peuvent être plus compactes, en conduisant à une taille globale réduite du dispositif SAW 100. Ceci est particulièrement vrai pour les ondes de Rayleigh sur des substrats composites comme GaN ou AlN sur du silicium ou du saphir pour lesquels le la réflectivité de bande est toujours bien inférieure à 1 % pour une hauteur d'électrode dans l'IDT permettant un couplage d'onde efficace, en particulier dans des conditions de court-circuit.
Il apparaît que des valeurs de réflectivité plus élevées peuvent être observées lorsque l'impédance acoustique ρCref des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 et l'impédance acoustique ρCsub du substrat de propagation d’ondes acoustiques sont choisies de manière à être mises en correspondance, donc aussi proches que possible ou au moins de telle sorte que [Math 2] soit inférieur à 50 %, en particulier inférieur à 25 %. Dans un cas où les valeurs d'impédance sont parfaitement mises en correspondance, les obstacles ne peuvent pas être complètement intégrés dans le piézoélectrique.
Ceci est illustré par les tableaux représentés sur les figures 1c et 1d.
La illustre l'impédance acoustique pour différents matériaux en fonction du type d'onde acoustique.
A partir de ces données, pour une forme donnée, ici des sections transversales rectangulaires des bandes 112, une période p de 1 µm, et un rapport d'obstacle a/p de 0,5 et une hauteur relative h/λ de 5 %, la réflectivité a été calculée pour des ondes acoustiques de type Rayleigh à température ambiante, soit 25°C. Il convient de noter que pour les matériaux diélectriques et métalliques, seule la partie acoustique du problème, c'est-à-dire la réflexion due à l'obstacle sans rupture de condition de limite électrique, a été résolue par simulation numérique. En fait, l'obstacle se trouve dans des conditions électriques flottantes.
Des valeurs de réflectivité élevées par bande, voir , ont été obtenues lorsque des impédances acoustiques du substrat et du matériau d’obstacle étaient proches, en particulier aussi proches que possible. Les résultats ont été obtenus par simulation numérique réalisée de la manière suivante : l'onde est supposée se propager sous un réseau périodique infini composé d'obstacles similaires du matériau mentionné. La manière dont l’onde est excitée n’est pas prise en considération. La bande d'arrêt est déterminée en calculant le déterminant de la matrice reliant ensemble les degrés de liberté du problème (appelée système FEM/BEM) et en suivant les zéros par rapport à la fréquence. Pour des obstacles métalliques, la condition électrique de circuit ouvert (oc) est supposée, ce qui signifie que toutes les électrodes de réseau sont indépendantes et que la charge électrique globale correspondante est nulle pour chaque électrode. Sur le tableau de la , la première ligne concerne un substrat POI standard (POI std), qui est le substrat POI tel que défini ci-dessus.
En plus des exemples pratiques donnés sur la , un substrat POI avec 500nm de LiNbO3 (YXl)/41° sur 1 µm SiO2 sur une couche riche en pièges de 1 µm sur du Si(111) avec du Ta2O5, une réflectivité de R = 8,9 % a été observée. Pour une bande métallique, une valeur de réflexion de R = 17,3 % a été obtenue pour du Mo dans une configuration de circuit ouvert.
Pour donner un exemple plus précis de réflecteurs compacts, un réflecteur utilisant des bandes en Al raccourcies sur un substrat POI avec une couche piézoélectrique de couche de LiTaO3(YXl)/42° sur SiO2sur une couche de polysilicium riche en pièges disposé sur un substrat de base de Si(100) comme décrit ci-dessus, est analysé. Ici, avec la couche piézoélectrique ayant une épaisseur de 600 nm, la couche de SiO2ayant une épaisseur de 500 nm et la couche de polysilicium riche en pièges ayant une épaisseur de 1 µm, on observe un coefficient de réflexion de 10 % à 15 % par bande. En regardant le tableau de la , des valeurs de réflectivité encore plus élevées peuvent être observées pour d'autres métaux dans une condition de circuit ouvert, comme Pt, W, Mo ou Ta. Ainsi, des structures réflectrices d'ondes acoustiques avec moins de 50 bandes peuvent être utilisées, donnant des facteurs Q élevés, compatibles avec l'application de capteur sans fil. Ainsi, de manière générale, des coefficients de réflexion d'obstacle unique supérieurs à 10 % permettent de réduire la longueur de miroir à moins de 100 bandes/obstacles.
Le résonateur à port unique 100 fonctionne de la manière suivante. Le transducteur interdigité convertit l'énergie électrique d'un signal électrique incident en énergie d'onde acoustique. L'onde acoustique se déplace à travers la surface du substrat 114 et est réfléchie vers l'IDT 102 par les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 situées sur la direction de propagation d'onde acoustique. À la fréquence de résonance, la condition de synchronisme entre les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 est satisfaite, en permettant d'obtenir une addition cohérente des différentes réflexions, qui se produisent sous les structures réflectrices d'ondes acoustiques. Un maximum d'énergie acoustique est alors observé au sein de la cavité résonnante et, d'un point de vue électrique, un maximum d'amplitude du courant admis par le transducteur est observé. À titre d'exemple, des résonateurs à port unique peuvent être utilisés comme dispositifs d'étiquetage SAW qui peuvent être interrogés à distance lorsqu'ils sont connectés à une antenne.
La représente un deuxième mode de réalisation de l'invention. La seule différence entre le premier mode de réalisation dans la variante utilisant un diélectrique en tant que deuxième matériau et le deuxième mode de réalisation est la présence d'une couche de passivation 220 au-dessus de la structure de transducteur 102. Des caractéristiques portant les mêmes références numériques sur la ne vont pas être décrites à nouveau, mais référence y sera faite.
La couche de passivation 220 est uniquement présente au-dessus de la structure de transducteur interdigité 102, pour protéger les électrodes. La couche de passivation 220 est de préférence réalisée en le même matériau diélectrique que les bandes 112 des structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106, dans le cas où le deuxième matériau est un matériau diélectrique. Les éléments du dispositif peuvent ainsi être fabriqués pendant la même étape de traitement, comme cela sera décrit davantage ci-dessous. Dans une variante du mode de réalisation, différents matériaux diélectriques peuvent être utilisés pour la couche de passivation et les bandes des structures réflectrices d'ondes acoustiques.
La illustre un troisième mode de réalisation selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif SAW 250 est un capteur différentiel. Le capteur différentiel 250 comprend une structure de transducteur interdigité (IDT) 252 placée entre deux structures réflectrices d'ondes acoustiques 254 et 256 formées sur un substrat piézoélectrique 258. L'IDT 252 correspond à l'IDT 102 du premier ou deuxième mode de réalisation, et le substrat piézoélectrique 258 correspond au substrat 114 du premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, les première et seconde structures réflectrices 254 et 256 comprennent deux matériaux différents l'une par rapport à l'autre et/ou ont chacune un pas différent p3, p4.
Avec un premier miroir ayant un premier diélectrique sur un premier côté et l'autre miroir ayant l'autre diélectrique sur les autres côtés, les fréquences de résonance produisent un comportement différentiel. Le même effet est obtenu pour l'utilisation de pas p3 et p4 différents.
La illustre un quatrième mode de réalisation selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif SAW 300 est un capteur différentiel hybride.
Le capteur différentiel hybride 300 comprend deux structures de transducteur interdigité 302, 304 placées entre deux structures réflectrices d'ondes acoustiques 306 et 308 et une structure réflectrices supplémentaire 310 positionnée entre les deux IDT 302, 304 formée sur un substrat piézoélectrique 334. Le substrat piézoélectrique 334 correspond au substrat 114 du premier mode de réalisation.
Dans ce mode de réalisation, les électrodes en peigne 312, 314 de l'IDT 302 et les électrodes en peigne 316, 318 de l'IDT 304 ont la même géométrie. En outre, les deux IDT 302 et 304 sont connectées électriquement l'un à l'autre. Les électrodes en peigne 312 et 316 forment l'entrée, indiquée par E1, et les électrodes en peigne 314 et 318 forment la sortie, indiquée par S1.
Dans ce mode de réalisation, les IDT 302 et 304 peuvent être configurés pour fonctionner à la condition de Bragg ou peuvent être conçus pour fonctionner hors de la condition de Bragg. Travailler hors de la condition de Bragg peut être utile pour réduire des effets de directivité.
La structure réflectrice d'ondes acoustiques 306 est positionnée à une distance g1 par rapport à l'IDT 302. La structure réflectrice d'ondes acoustiques 308 est positionnée à une distance g2 par rapport à l'IDT 304. Chaque structure réflectrice d'ondes acoustiques 306, 308 comprend une ou plusieurs bandes 322. Les bandes ont le même pas que les électrodes des IDT. La structure réflectrice supplémentaire 310 comprend également une pluralité de bandes 324. Le nombre de bandes 324 est identique ou différent par comparaison aux structures réflectrices d’ondes acoustiques 306, 308. Elles sont dans une configuration ouverte lorsqu'un matériau électriquement conducteur est utilisé et lorsque les contributions électriques et mécaniques à la réflexion sont déphasées. Lorsqu'un matériau diélectrique est utilisé, les bandes peuvent être connectées ou pas, par exemple en utilisant une structure analogue à une barre omnibus.
Selon l'invention, au moins une, de préférence la totalité des structures réflectrices d'ondes acoustiques 306, 308, y compris la structure réflectrice supplémentaire 310, sont réalisées en un matériau diélectrique, ou en un matériau métallique différent de celui de l'IDT tel que décrit ci-dessus par rapport aux premier et deuxième modes de réalisation. À nouveau, des banques diélectriques et métalliques dans le miroir et l'IDT peuvent avoir des hauteurs et/ou largeurs identiques et/ou différentes.
La région 326 située entre une structure réflectrice 306 et sa structure de transducteur adjacente 302 forme une cavité acoustique 326 ayant une largeur g1. De la même manière, la région 328 située entre la structure réflectrice 308 et sa structure de transducteur adjacente 304 forme une autre cavité acoustique 328 ayant une largeur g2.
La première cavité, par exemple 326, est recouverte d'une couche d'Al2O3, qui présente une valeur de compensation de fréquence (TCF) de température négative, et l'autre cavité 328 par du SiO2qui présente une TCF positive. Par conséquent, les deux cavités se comportent différemment lorsqu'elles sont soumises à des changements de température qui produisent un comportement différent des changements de fréquence résultants, et permettent ensuite une mesure différentielle en soustrayant une fréquence des autres. Ainsi, une valeur différentielle peut être captée par le capteur SAW 300.
En outre, une couche de passivation est formée au-dessus des structures de transducteur 302, 304. Dans une variante, la couche de passivation peut s'étendre au-dessus de la structure réflectrice supplémentaire 310 dans le cas où elle a des bandes métalliques 324. La couche de passivation peut également s'étendre au-dessus de la cavité 326. Typiquement, la couche de passivation est réalisée en le même matériau que le matériau diélectrique utilisé pour au moins l'une des structures réflectrices d'ondes acoustiques.
Dans une variante de l'invention, comme dans le premier mode de réalisation, les structures réflectrices 306, 308 et/ou la structure réflectrice supplémentaire 310 peuvent être intégrée (s) au moins partiellement dans la couche piézoélectrique ou le substrat piézoélectrique 334.
Introduire la structure réflectrice supplémentaire 310 entre les deux IDT a pour avantage que la formation de la seconde cavité est indépendante de la conception de l'IDT. En particulier, pour des applications de température élevée supérieure par exemple à 500°C, il est possible de se focaliser sur le couplage électromécanique et la stabilité de l'IDT et de se focaliser séparément sur une réflectivité élevée suffisante, par exemple en utilisant un matériau diélectrique, pour le miroir.
Dans une variante supplémentaire, la seconde structure réflectrice 308 peut avoir un pas différent par comparaison à la première structure réflectrice 306, et dans ce cas la structure réflectrice supplémentaire 310 doit être divisée en deux parties, chaque partie ayant le pas de l'une des structures réflectrices d’ondes acoustiques 306, 308.
Dans ce qui suit, l'effet avantageux de l'utilisation de structures réflectrices diélectriques va être expliqué en les comparant à des structures réflectrices utilisant les mêmes dimensions géométriques des structures réflectrices d'ondes acoustiques mais le même matériau métallique que l'IDT, les mêmes matériaux métalliques et la forme de l'IDT et le même substrat piézoélectrique.
Dans ce qui suit, la partie non homogène du problème est simulée via un treillis à éléments finis constituant une partie du substrat, une fraction de la couche supérieure, et la structure réflectrice. Le substrat est simulé par des éléments limite utilisant la fonction de Green de la surface médiane, c'est-à-dire sa réponse à une impulsion acoustique-électrique. Cette approche est détaillée, par exemple dans « S. Ballandras, R. Lardat, M. Wilm, Th. Pastureaud, A. Reinhardt, N. Champavert, W. Steichen, W. Daniau, V. Laude, R. Armati, G. Martin, « A mixed finite element/boundary element approach to simulate complex guided elastic wave periodic transducers (une approche mixte éléments finis/éléments limite pour simuler des transducteurs périodiques à ondes élastiques guidées complexes », J. Appl. Phys. 105 (1), 014911 (2009).
Les figures 4 à 11 décrivent les résultats assimilés simulés concernant des ondes de Rayleigh.
Les figures 4a et 4b illustrent les propriétés de dispersion simulées pour une excitation et une réflexion d'ondes acoustiques de surface selon deux exemples de la technique antérieure, pour des ondes de type Rayleigh se propageant sous des réseaux périodiques infinis fonctionnant à des conditions de Bragg sur la coupe (YXlt)/48,5°/26,7° de LGS. Le rapport de surface, c'est-à-dire le rapport entre la largeur d'électrode et le pas de réseau ou la période mécanique a/p est fixé à 0,5, et l'épaisseur d'électrode relative, c'est-à-dire le rapport entre la hauteur d'électrode absolue et la longueur d'onde h/λ, est fixé à 1 %. Une longueur d'onde λ de 10 µm a été établie, et ainsi la hauteur h était de 100 nm.
L'IDT utilisée pour l'excitation et la détection d'ondes acoustiques de surface comprend des électrodes à base de Pt ou Ta, avec la même géométrie que le réseau périodique de la structure réflectrice d'ondes acoustiques. Le matériau de l'IDT est le même que pour la structure réflectrice d'ondes acoustiques.
Dans le cas d'électrodes à base de Pt, la montre qu'une réflexion d'onde sur une électrode réflectrice unique est inférieure à 0,7 %, et varie de plus de 10 % avec la température, quelle que soit la condition de fonctionnement de la structure réflectrice d’ondes acoustiques, ouverte ou en court-circuit. Comme il est possible de le voir sur la , des électrodes à base de Ta sont légèrement meilleures que des électrodes à base de Pt, mais toujours bien en dessous de 1 %, et la variation avec la température est environ la même pour les deux métaux.
Les vitesses de phase observées sous les structures réflectrices son telles qu'une mise en correspondance avec les vitesses sous l'IDT peut être obtenue.
Les figures 5a, 5b et 5c montrent le même type de graphiques que les figures 4a et 4b, avec la même structure IDT, mais avec des structures réflectrices selon l'invention, donc avec des bandes à base de matériaux diélectriques, à savoir ici AIN, GaN ( ) Al2O3, Si3N4, ( ) et SiO2 et Ta2O3 ( ). Avec des matériaux diélectriques, aucune séparation en circuit ouvert et en court-circuit comme sur la n'est nécessaire, comme aucune contribution électrique ne doit être prise en compte.
La correspond à une comparaison entre des bandes d’AIN et des bandes de GaN. Pour le GaN, une réflectivité variant entre environ 2,02 % et 2,09 % est observée sur une plage de température de 0°C à 700°C. Pour l'AIN, une réflectivité variant entre environ 1,98 % et 2,05 % est observée sur la même plage de température. Ainsi, pour les deux matériaux diélectriques, la réflectivité est plus élevée par comparaison aux électrodes métalliques et une plus faible variation de la réflectivité en fonction de la température est observée, de l'ordre de 2 %.
La correspond à une comparaison entre des bandes d’Al2O3 et de Si3N4. Pour le Si3N4, la réflectivité augmente essentiellement avec la température d'environ 2,05 % à 2,3 %, montrant ainsi une variation de température de l'ordre de 5 %. Concernant l’Al2O3, la réflectivité varie entre 2,54 % et 2,6 % avec une variation assez faible de moins de 2 % sur toute la plage de température, et quasi constante au-dessus de 500°C.
La correspond à une comparaison entre des bandes de SiO2 et de Ta2O5. Les deux matériaux illustrent une réflectivité inférieure par comparaison à des matériaux diélectriques des figures 5a et 5b. Pour le SiO2, une augmentation de la réflectivité avec la température de 0,64 % à 0,7 % est ainsi observée, avec une variation de température de l'ordre de 5 %. Concernant le Ta2O5, une réflectivité est légèrement meilleure, variant entre 0,85 % et 0,92 %, donc une variation de moins de 5 %.
Les matériaux diélectriques SiO2et Ta2O5génèrent ainsi une réflectivité plus faible par comparaison aux matériaux diélectriques AIN, GaN, Al2O3ou Si3N4, et sont en fait comparables à celle du métal lourd Ta cité par exemple ci-dessus, mais la variation de la réflectivité avec la température, en particulier au-dessus de 500°C, est meilleure que pour les métaux.
Les figures 6 à 9 indiquent les résultats du calcul de la variation de (a) la vitesse de phase (m/s) et (b) le coefficient de réflexion (%) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour la coupe de LGS (YXlt)/48,5°/26,7° et divers matériaux électriques diélectriques utilisés pour les électrodes à une température fixe de 25°C.
Les figures 6a et 6b indiquent les résultats du calcul pour des électrodes à base de Si3N4.
Les figures 7a et 7b indiquent les résultats du calcul pour des électrodes à base d’AlN.
Les figures 8a et 8b indiquent les résultats du calcul pour des électrodes à base d’Al2O3.
Les figures 9a et 9b indiquent les résultats du calcul pour des électrodes à base de SiO2.
Comme il est possible de le voir, pour les matériaux diélectriques AlN, Al2O3, ou Si3N4, des coefficients de réflexion aussi élevés que 6 %, ou même 8 % dans le cas d’Al2O3, peuvent être obtenus dans des fenêtres de paramètre compatibles avec des processus de fabrication SAW standard. Même pour du SiO2, un coefficient de réflexion aussi élevé que 3 % peut être obtenu. Comme les géométries de la structure réflectrice d'ondes acoustiques et de l'IDT peuvent être optimisées indépendamment l'une de l'autre, le concepteur de dispositifs SAW gagne par conséquent en flexibilité.
De plus, la vitesse de phase sous réseau/bandes diélectriques est moins sensible à une charge de masse que sous des bandes à base de métal. Ceci est particulièrement important pour commander la fréquence de résonateur. Néanmoins, l'impact du métal d'IDT sur la vitesse de phase ne peut pas être supprimé du fait que des électrodes métalliques sont nécessaires pour l'excitation et la détection d'onde. Ainsi, les vitesses de phase peuvent être mises en correspondance, de sorte que la sensibilité globale du dispositif à des paramètres technologique est réduite.
Les figures 10a et 10b illustrent les résultats simulés lors de l'utilisation d'un substrat composite.
La représente les propriétés de dispersion d'onde de Rayleigh sur une couche d’AlN (YXI)/90° de 1 µm d'épaisseur sur une plaquette de saphir à découpe en C, à une fréquence proche de 1 GHz. Le rapport de surface, c'est-à-dire le rapport entre la largeur d'électrode et le pas de réseau ou la période mécanique a/p est fixé à 0,5, et l'épaisseur d'électrode relative, c'est-à-dire le rapport entre la hauteur d'électrode absolue et la longueur d'onde h/λ, est fixée à 1 %. Une longueur d'onde λ de 5,4 µm a été établie, menant à une épaisseur de 54 nm. L'IDT utilisé pour excitation et détection des ondes acoustiques avait la même géométrie.
La illustre les résultats pour des bandes métalliques à base de Pt et à base de Mo, tandis que la indique les résultats pour des bandes à base d’Al2O3 et Si3N4 selon l'invention.
Pour des bandes à base de Pt et à base de Mo, un facteur de couplage inférieur à 0,1 % est observé à la fois en circuit ouvert et en court-circuit.
Pour des bandes de Pt, la réflectivité est plutôt élevée à des températures basses, environ 2,5 % à 0°C, mais chute ensuite à une valeur de 1 %. Les bandes de Mo, au contraire, ont une valeur plutôt constante d'environ 0,7°%, qui est cependant inférieure à 1 %. Puisque le coefficient de couplage est inférieur à 0,1 %, cette conception n'est toujours pas adaptée pour des dispositifs SAW.
Pour les bandes à base de diélectrique selon l'invention, la situation est améliorée. Comme illustré sur la , la variation du coefficient de réflexion est de 1,2 % à 1,4 % pour du Al2O3. Pour du Si3N4, une variation comprise entre 1,05 % et 1,15 % peut être observée. Ainsi, les structures réflectrices diélectriques présentent une meilleure stabilité du coefficient de réflexion par comparaison aux bandes à base de métal.
Les figures 11a et 11b illustrent les résultats du calcul de la variation de (a) la vitesse (m/s) et (b) du coefficient de réflexion (%) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour des électrodes à base d'Al2O3pour la couche d’AlN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir avec une coupe C. Il est possible de trouver des paramètres géométriques pour la structure réflectrice d’ondes acoustiques, qui conduisent à des coefficients de réflexion allant même jusqu'à 10 %.
Les figures 12a et 12b illustrent les résultats du calcul de la variation de (a) la vitesse (m/s) et (b) du coefficient de réflexion (%) sur le rapport a/p et h/λ (%) pour des électrodes à base d'Al2O3sur un substrat composite différent, à savoir une couche de GaN (YXl)/90° sur une plaquette de saphir à découpe en C. Toujours dans cet exemple selon l'invention, la réflectivité peut aller jusqu'à 10 %.
La est une vue schématique d'un procédé pour fabriquer un dispositif SAW à ondes acoustiques de surface selon un cinquième mode de réalisation. Le procédé est utilisé pour obtenir un dispositif SAW 200 selon le deuxième mode de réalisation, et des caractéristiques portant la même référence numérique que déjà utilisée ci-dessus ne seront pas décrites en détail à nouveau, mais référence y sera faite.
Le procédé comprend une première étape 400 consistant à fournir un substrat de propagation d'ondes acoustiques 114 et à former la structure de transducteur interdigité 102, avec ses électrodes en peigne 108 et 110 en utilisant une combinaison d'étapes de dépôt de couche et de réalisation de motif.
Selon l'invention, l'étape comprend en outre une étape 402 consistant à former une couche diélectrique 500 sur le substrat 114. Le diélectrique est l'un des matériaux diélectriques mentionnés ci-dessus. Ainsi, AIN, GaN, Al2O3, Si3N4, Ta2O5ou SiO2. Ici, la couche 500 couvre toute la surface du substrat 114, et ainsi également l'IDT 102.
Ensuite, après une étape de réalisation de motif 404, les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104 et 106 et la couche de passivation 220 sont formées. La réalisation d'un motif sur la couche diélectrique 500 comprend une étape d’application en revêtement de réserve, une étape de lithographie et une étape d'enlèvement de matériau, comme une gravure. Ainsi, dans une première étape de processus, les structures réflectrices d'ondes acoustiques 104, 106 et la couches de passivation 220 sont obtenues. Ainsi, le procédé selon l'invention n'est pas plus compliqué que le processus de fabrication de la technique antérieure pour un dispositif SAW avec des structures réflectrices métalliques et une couche de passivation sur l'IDT.
Selon un sixième mode de réalisation représenté sur la , les bandes 612 des structures réflectrices d’ondes acoustiques 604, 606 peuvent également être formées dans le substrat de propagation d'ondes acoustiques 614, de telle sorte qu'elles sont au moins partiellement intégrées.
Dans ce cas, une étape de réalisation de motif, par exemple par lithographie et gravure, est utilisée pour former des rainures 640, 642 dans le substrat 114 des deux côtés de la structure de transducteur 102, comme illustré à l'étape 410.
Ensuite, comme illustré par l'étape 412, la couche diélectrique 616 est formée sur toute la surface du substrat d'ondes acoustiques 114.
À la suite d'une étape d'enlèvement de matériau consécutive, par exemple une étape d'enlèvement de matériau mécanique et/ou chimique, les structures réflectrices d’ondes acoustiques 604, 606 sont formées par les bandes 612 présentes dans les rainures 640 et 642.
Dans ce mode de réalisation, les structures réflectrices d’ondes acoustiques 604, 606 sont entièrement intégrées dans le substrat de propagation d'ondes acoustiques 614 et remplies d'un matériau diélectrique. Dans une variante de l'invention, la structure réflectrice d'ondes acoustiques peut également être uniquement partiellement intégrée de telle sorte que les bandes s'étendent également au-dessus du substrat. Dans une variante supplémentaire, l'IDT 102 peut également être au moins partiellement intégré.
La est une vue schématique d'un procédé de fabrication d’un dispositif à ondes acoustiques de surface selon un septième mode de réalisation. À l'aide de ce procédé, il est possible d’obtenir le dispositif SAW 100 selon le premier mode de réalisation. À nouveau, des caractéristiques portant la même référence numérique déjà utilisée ci-dessus ne seront pas à nouveau décrites en détail, mais référence y sera faite.
Le procédé est basé sur le cinquième mode de réalisation illustré sur la .
Après avoir doté le substrat 114 de l'IDT 102, voir étape 420, un revêtement de réserve 720 est fourni sur l'IDT 102. Ensuite, la couche diélectrique 500 est formée, voir étape 422. Ainsi, la couche diélectrique 500 n'est pas déposée directement sur la structure de transducteur 102, comme sur la .
Ensuite, comme illustré par l'étape 424, un processus de décollage est effectué pour enlever le revêtement de réserve 720 et la couche diélectrique 716 au niveau de l'emplacement de la structure de transducteur 102.
Enfin, après une réalisation de motif consécutive sur la couche diélectrique 716 telle qu'illustrée à l'étape 426, les structures réflectrices d’ondes acoustiques 104, 106 sont obtenues à côté de la structure de transducteur 102. Dans ce mode de réalisation, la structure de transducteur 102 ne comprend ainsi pas une couche de passivation à la fin du processus.
Une étape de dépôt supplémentaire pourrait être effectuée pour ajouter une couche de passivation d'un matériau différent de celui des structures réflectrices d’ondes acoustiques.
La présente invention fournit des dispositifs SAW sur des matériaux compatibles avec une application de température élevée comme des cristaux piézoélectriques uniques, comme du LGS et des substrats relatifs ou AlN/silicium ou GaN/saphir, en utilisant des structures réflectrices à base de diélectrique, et pour obtenir une réflectivité effective jusqu'à 6 % qui est moins variable à des fluctuations de température de plusieurs centaines de degrés Celsius par comparaison à des structures réflectrices à base de métal de la technique antérieure.
Un certain nombre de modes de réalisation de l'invention ont été décrits. Néanmoins, il convient de comprendre que diverses modifications et améliorations peuvent être réalisées sans sortir des revendications annexées.
Claims (27)
- Dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW), comprenant une structure de transducteur interdigité (102, 252) et au moins une structure réflectrice d'ondes acoustiques (104, 106, 254, 256) fournies sur ou dans un substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114’), caractérisé en ce que
la structure de transducteur interdigité (102) comprend un premier matériau et la au moins une structure réflectrice d’ondes acoustiques (104, 106) comprend un deuxième matériau différent du premier matériau, et/ou
la structure réflectrice d’ondes acoustiques (104, 106) et la structure de transducteur interdigité (102) ont des paramètres géométriques différents.
- Dispositif SAW selon la revendication 1, dans lequel l’impédance acoustique ρCref du deuxième matériau et l'impédance acoustique ρCsub du substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114’) sont mises en correspondance, de telle sorte que [Math 3]
- Dispositif SAW selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier matériau et le deuxième matériau sont des métaux, en particulier le deuxième matériau est l'un du platine Pt, du tungstène (W), du molybdène (Mo) ou du tantale (Ta).
- Dispositif SAW selon la revendication 3, dans lequel la structure réflectrice d'ondes acoustiques (104, 106) comprend une pluralité de bandes métalliques isolées électriquement les unes des autres.
- Dispositif SAW selon la revendication 4, dans lequel le deuxième matériau et son orientation cristalline et le matériau du substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114’) et son orientation cristalline sont tels que les contributions électrique et mécanique à une réflexion d'ondes acoustiques sont déphasées.
- Dispositif SAW selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième matériau est un matériau diélectrique.
- Dispositif SAW selon la revendication 6, dans lequel une couche de passivation (220) est présente uniquement au-dessus de la structure de transducteur interdigité (102).
- Dispositif SAW selon la revendication 7, dans lequel la couche de passivation (220) et la au moins une structure réflectrice (104, 106) sont réalisées avec le même matériau diélectrique.
- Dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114') comprend du nitrure d'aluminium (AlN) comme matériau piézoélectrique et le matériau diélectrique comprend de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du tantalate de lithium (LiTaO3) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du langasite (LGS).
- Dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114') comprend de la langasite (LGS) en tant que matériau piézoélectrique et le matériau diélectrique comprend de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du niobate de lithium (LiNbO3) ou du tantalate de lithium (LiTaO3).
- Dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le substrat de propagation d'ondes acoustiques (114, 114') comprend du nitrure de gallium (GaN) comme matériau piézoélectrique et le matériau diélectrique comprend de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure de gallium (GaN) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du niobate de lithium (LiNbO3) ou du tantalate de lithium (LiTaO3).
- Dispositif SAW selon les revendications 1 à 11, dans lequel le substrat de propagation d'ondes acoustiques est un substrat composite (114’), comprenant une couche piézoélectrique au-dessus d’un substrat de base, en particulier un substrat de base de silicium ou un substrat de base de saphir ou un substrat de base de quartz supposant une propagation le long d'axes appropriés, en particulier ce que l'on appelle la coupe STW correspondant à (YXlt)/36°/90°.
- Dispositif SAW selon la revendication 12 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel la couche piézoélectrique est du tantalate de lithium (LiTaO3) et le matériau diélectrique du tantalate de lithium (LiTaO3) ou de l’oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l’oxyde d'aluminium (Al2O3) ou de la langasite (LGS) ou du nitrure de gallium (GaN).
- Dispositif SAW selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le substrat composite (114’) est un substrat piézoélectrique sur isolant (POI).
- Dispositif SAW selon la revendication 14, dans lequel la couche piézoélectrique est une couche de LiTaO3(YXI)/42° sur du SiO2sur l’un de matériaux polycristallins, amorphes, ou poreux riches en pièges, en particulier du silicium polycristallin, du silicium amorphe, ou du silicium poreux, fourni sur un substrat de base de Si (100).
- Dispositif SAW selon la revendication 15, dans lequel la couche piézoélectrique a une épaisseur de 600 nm, la couche de SiO2a une épaisseur de 500 nm, et la couche de silicium polycristallin riche en pièges a une épaisseur de 1 µm.
- Dispositif SAW selon la revendication 14, dans lequel la couche piézoélectrique est de l’AlN ou du GaN.
- Dispositif SAW selon la revendication 12 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel la couche piézoélectrique est du niobate de lithium (LiNbO3) et le matériau diélectrique du niobate de lithium (LiNbO3) ou de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou de la langasite (LGS).
- Dispositif SAW selon la revendication 12 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel la couche piézoélectrique est du nitrure de gallium (GaN) et le matériau diélectrique est de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure d'aluminium (AlN) ou du niobate de lithium (LiNbO3) ou de la langasite (LGS) ou du nitrure de gallium (GaN).
- Dispositif SAW selon la revendication 12 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel la couche piézoélectrique est du nitrure d'aluminium (AlN) et le matériau diélectrique est de l'oxyde de tantale (Ta2O5) ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou du nitrure de gallium (GaN) ou de la langasite (LGS) ou du nitrure d'aluminium (AlN).
- Dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans lequel le paramètre géométrique est l'une de la largeur ou de la hauteur de la structure réflectrice d'ondes acoustiques (104, 106) et de la structure de transducteur interdigité (102).
- Dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 comprenant une première structure réflectrice d'ondes acoustiques (254) et une seconde structure réflectrice d’ondes acoustiques (256), une de chaque côté de la structure de transducteur interdigité (252), dans lequel les première et seconde structures réflectrices (254, 256) comprennent deux matériaux différents et/ou les structures réflectrices d'ondes acoustiques (254, 256) ont des pas différents (p3, p4).
- Dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications 1 à 22 comprenant une seconde structure de transducteur interdigité (312, 316), les structures de transducteur interdigité (312, 316) étant connectées électriquement l'une à l'autre et séparées l'une de l'autre par une structure réflectrice supplémentaire (310).
- Dispositif SAW selon la revendication 23, dans lequel la structure réflectrice supplémentaire (310) comprend un troisième matériau différent du deuxième matériau.
- Dispositif capteur pour capter un paramètre physique, comprenant un dispositif SAW selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 24.
- Procédé de fabrication d'un dispositif SAW, avec une structure réflectrice d'ondes acoustiques et une structure de transducteur interdigité fournies es sur ou dans un substrat de propagation d'ondes acoustiques, caractérisé en ce qu'il comprend
une étape a) de former une couche diélectrique sur le substrat de propagation d'ondes acoustiques et une étape b) de doter la couche diélectrique d'un motif pour former ainsi la au moins une structure réflectrice d’ondes acoustiques. - Procédé selon la revendication 26, dans lequel l'étape a) comprend la formation de la couche diélectrique sur la structure de transducteur interdigité pour former ainsi une couche de passivation sur la structure de transducteur.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2010072A FR3114931B1 (fr) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | Structure réflectrice pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) |
| US18/247,629 US20230308074A1 (en) | 2020-10-01 | 2021-09-29 | Reflective structure for surface acoustic wave devices (saw) |
| PCT/EP2021/076840 WO2022069573A2 (fr) | 2020-10-01 | 2021-09-29 | Structure réfléchissante pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (saw) |
| EP21786397.6A EP4222860A2 (fr) | 2020-10-01 | 2021-09-29 | Structure réfléchissante pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (saw) |
| JP2023518269A JP2023544271A (ja) | 2020-10-01 | 2021-09-29 | 表面弾性波デバイス（ｓａｗ）用の反射構造体 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2010072 | 2020-10-01 | ||
| FR2010072A FR3114931B1 (fr) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | Structure réflectrice pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3114931A1 true FR3114931A1 (fr) | 2022-04-08 |
| FR3114931B1 FR3114931B1 (fr) | 2022-12-30 |
Family
ID=74758877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2010072A Active FR3114931B1 (fr) | 2020-10-01 | 2020-10-01 | Structure réflectrice pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230308074A1 (fr) |
| EP (1) | EP4222860A2 (fr) |
| JP (1) | JP2023544271A (fr) |
| FR (1) | FR3114931B1 (fr) |
| WO (1) | WO2022069573A2 (fr) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6278906A (ja) * | 1985-10-01 | 1987-04-11 | Kazuhiko Yamanouchi | 弾性表面波装置の製造方法 |
| US5568001A (en) * | 1994-11-25 | 1996-10-22 | Motorola, Inc. | Saw device having acoustic elements with diverse mass loading and method for forming same |
| US20030169129A1 (en) * | 2002-01-28 | 2003-09-11 | Yuichi Takamine | Surface acoustic wave device and communication apparatus |
| JP2018137517A (ja) * | 2017-02-20 | 2018-08-30 | 京セラ株式会社 | 弾性表面波共振子、分波器および通信装置 |
| DE102019102341A1 (de) * | 2019-01-30 | 2020-07-30 | RF360 Europe GmbH | SAW-Vorrichtung |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4290033A (en) * | 1979-06-04 | 1981-09-15 | Trw Inc. | Shallow bulk acoustic wave devices employing energy trapping |
| US4353046A (en) * | 1980-11-04 | 1982-10-05 | R F Monolithics, Inc. | Surface acoustic wave device with reflectors |
| US5418866A (en) * | 1993-10-08 | 1995-05-23 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Surface acoustic wave devices for controlling high frequency signals using modified crystalline materials |
| JP2007202087A (ja) * | 2005-05-11 | 2007-08-09 | Seiko Epson Corp | ラム波型高周波デバイス |
-
2020
- 2020-10-01 FR FR2010072A patent/FR3114931B1/fr active Active
-
2021
- 2021-09-29 WO PCT/EP2021/076840 patent/WO2022069573A2/fr unknown
- 2021-09-29 US US18/247,629 patent/US20230308074A1/en active Pending
- 2021-09-29 JP JP2023518269A patent/JP2023544271A/ja active Pending
- 2021-09-29 EP EP21786397.6A patent/EP4222860A2/fr active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6278906A (ja) * | 1985-10-01 | 1987-04-11 | Kazuhiko Yamanouchi | 弾性表面波装置の製造方法 |
| US5568001A (en) * | 1994-11-25 | 1996-10-22 | Motorola, Inc. | Saw device having acoustic elements with diverse mass loading and method for forming same |
| US20030169129A1 (en) * | 2002-01-28 | 2003-09-11 | Yuichi Takamine | Surface acoustic wave device and communication apparatus |
| JP2018137517A (ja) * | 2017-02-20 | 2018-08-30 | 京セラ株式会社 | 弾性表面波共振子、分波器および通信装置 |
| DE102019102341A1 (de) * | 2019-01-30 | 2020-07-30 | RF360 Europe GmbH | SAW-Vorrichtung |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| S. BALLANDRASR. LARDATM. WILMTH. PASTUREAUDA. REINHARDTN. CHAMPAVERTW. STEICHENW. DANIAUV. LAUDER. ARMATI: "A mixed finite element/boundary element approach to simulate complex guided elastic wave periodic transducers (une approche mixte éléments finis/éléments limite pour simuler des transducteurs périodiques à ondes élastiques guidées complexes", J. APPL. PHYS., vol. 105, no. 1, 2009, pages 014911 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4222860A2 (fr) | 2023-08-09 |
| US20230308074A1 (en) | 2023-09-28 |
| FR3114931B1 (fr) | 2022-12-30 |
| WO2022069573A3 (fr) | 2022-05-27 |
| JP2023544271A (ja) | 2023-10-23 |
| WO2022069573A2 (fr) | 2022-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1748556B1 (fr) | Structure résonante hybride | |
| EP2628242B1 (fr) | Filtre passe bande à ondes acoustiques comprenant un guidage acoustique intégré avec conversion d'impédance et/ou de mode | |
| EP2278708B1 (fr) | Dispositif résonant à ondes acoustiques guidées et procédé de réalisation du dispositif | |
| EP2518898B1 (fr) | Dispositif électromécanique à ondes acoustiques comprenant une zone de transduction et une zone de propagation libre représentant une structure résonante | |
| EP2909932B1 (fr) | Transducteur a ondes de volume guidees en surface par des structures d'excitation synchrone | |
| EP0998037B1 (fr) | Filtre faibles pertes à ondes acoustiques de surface sur substrat de quartz de coupe optimisée | |
| EP2156554B1 (fr) | Resonateur a ondes de surface a resonance parasite reduite | |
| EP1704396B1 (fr) | Capteur de temperature interrogeable a distance | |
| FR3120488A1 (fr) | Dispositif capteur a ondes acoustiques de surface | |
| WO2023047042A1 (fr) | Filtre a ondes elastiques de surface et a cavites resonantes | |
| FR3079667A1 (fr) | Dispositif d'onde acoustique de surface sur substrat composite | |
| FR3094484A1 (fr) | Dispositif résonateur | |
| FR3114875A1 (fr) | Dispositif à résonateurs | |
| FR3120489A1 (fr) | Dispositif capteur à ondes acoustiques à deux ports | |
| FR3100405A1 (fr) | Capteur à ondes acoustiques différentiel | |
| EP3032742B1 (fr) | Dispositif de capteur à ondes élastiques de surface interrogable à distance | |
| FR3114931A1 (fr) | Structure réflectrice pour dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) | |
| EP1625659B1 (fr) | Resonateurs integres et base de temps incorporant de tels resonateurs | |
| EP0424240B1 (fr) | Transducteur d'ondes de surface unidirectionnel | |
| WO2023222282A1 (fr) | Dispositif a ondes acoustiques de surface integrant une couche mince de materiau metallique | |
| FR3079101A1 (fr) | Structure de transducteur pour suppression de source dans les dispositifs de filtres a ondes acoustiques de surface | |
| WO2023209138A1 (fr) | Dispositif a ondes élastiques de surface a electrodes encastrées dans une couche piezoelectrique, conception et fabrication de celui-ci |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220408 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| TP | Transmission of property |
Owner name: SOITEC, FR Effective date: 20230823 |