FR3120488A1 - Dispositif capteur a ondes acoustiques de surface - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif capteur à ondes acoustiques, comprenant un premier transducteur interdigité, une première structure de réflexion, une deuxième structure de réflexion, une première cavité de résonance comprenant une première surface supérieure et formée entre le premier transducteur interdigité et la première structure de réflexion, et une deuxième cavité de résonance comprenant une deuxième surface supérieure et formée entre le premier transducteur interdigité et la deuxième structure de réflexion, et dans lequel au moins une des première et deuxième surfaces supérieures est recouverte au moins partiellement par une couche de métallisation ou une couche de passivation. Figure pour l’abrégé : Figure 2a
Description
La présente invention concerne des capteurs du type à ondes acoustiques et, en particulier, un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface comprenant un transducteur interdigité et des cavités de résonance.
Les capteurs sont de plus en plus importants et deviennent de plus en plus omniprésents dans la vie de tous les jours. Les systèmes micro-électromécaniques (MEMS) sont une option attrayante pour répondre à la demande de performances accrues des capteurs avec des tailles et des coûts réduits. Les capteurs à ondes acoustiques de surface (SAW), et dans une moindre mesure les capteurs à ondes acoustiques en volume (BAW) ou les capteurs acoustiques à ondes de Lamb ou à ondes de Love, offrent des options particulièrement avantageuses en raison d'une grande variété de paramètres ambiants mesurables, notamment une température, une pression, une contrainte et un couple, par exemple.
Des capteurs à ondes acoustiques utilisent l’effet piézoélectrique pour transduire un signal électrique en une onde mécanique / acoustique. Les capteurs à base de SAW sont construits sur des matériaux piézoélectriques monocristallins tels que du quartz (SiO2), du niobate de lithium (LiNbO3), du tantalate de lithium (LiTaO3), du langasite (LGS) ou des matériaux piézoélectriques polycristallins comme du nitrure d’aluminium (AlN) ou de l’oxyde de zinc (ZnO), en particulier, déposés sur du silicium, ou même sur un matériau composite de type piézoélectrique-sur-isolant (POI) comprenant une couche de matériau piézoélectrique, en particulier, un matériau monocristallin, tel que, par exemple, du tantalate de lithium ou du niobate de lithium, lié à un substrat de support comme par exemple du silicium, si nécessaire au moyen d’une couche de liaison, comme par exemple une couche d’oxyde de silicium (en général, toute combinaison d’un matériau piézoélectrique monocristallin avec des substrats non piézoélectriques peut être utilisée pour leurs propriétés spécifiques comme des propriétés thermoélastiques ou une qualité acoustique).
Dans le cas d’un capteur à ondes acoustiques de surface, un transducteur interdigité (IDT), convertit l'énergie électrique du signal électrique en énergie d’onde acoustique. L'onde acoustique se propage à travers la surface (ou le volume) d'un substrat de dispositif via ce que l’on nomme une ligne à retard jusqu'à un autre transducteur, en particulier un IDT, qui reconvertit l'onde acoustique en un signal électrique pouvant être détecté. Dans certains dispositifs, des absorbeurs mécaniques et/ou réflecteurs sont fournis pour empêcher des motifs d’interférence et pour réduire une perte d'insertion. Dans certains dispositifs, l'autre IDT (de sortie) est remplacé par un réflecteur qui réfléchit l'onde acoustique générée en arrière vers l'IDT (d'entrée) qui peut être couplé à une antenne pour une interrogation à distance du dispositif capteur. Avantageusement, les mesures peuvent être effectuées de manière complètement passive, c'est-à-dire que le capteur ne doit pas être alimenté par une source d'alimentation.
Une classe particulière de capteurs à ondes acoustiques comprend des résonateurs présentant des fréquences de résonance qui varient selon des conditions ambiantes variables. La illustre un exemple de capteur à ondes acoustiques résonant. Le résonateur à ondes acoustiques de surface comprend un transducteur électroacoustique interdigité IDT avec des électrodes en peigne interdigitées C et C’ agencées entre des miroirs de Bragg M. Les électrodes en peigne sont établies à des potentiels opposés +V et –V, respectivement. La géométrie d’électrode est définie par le pas p, c’est-à-dire la fréquence de répétition spatiale des électrodes entrelacées C et C’ dans la direction de la propagation des ondes acoustiques de surface excitées, les longueurs des espaces entre les électrodes C et C’ dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation des ondes acoustiques de surface excitées, les longueurs de la région d’ouverture acoustique données par les longueurs des électrodes C et C’ entre les intervalles et les largeurs a des électrodes C et C’ déterminant ce que l’on nomme le rapport de métallisation a/p. L'IDT peut fonctionner dans des conditions de Bragg où la longueur d'onde λ de l'onde acoustique de surface excitée est égale à deux fois le pas p, par exemple.
À la fréquence de résonance, la condition de synchronisme entre les réflecteurs est satisfaite, en permettant ainsi d'obtenir une addition cohérente des différentes réflexions qui surviennent sous les réflecteurs. Un maximum d'énergie acoustique est observé à l’intérieur de la cavité de résonance et, d'un point de vue électrique, un maximum d'amplitude du courant admis par le transducteur est observé. En principe, les capteurs à ondes acoustiques différentiels peuvent comprendre deux résonateurs ou plus présentant des fréquences de résonance différentes ou un résonateur fonctionnant en multimode (plusieurs fréquences de résonance), où des différences dans les fréquences mesurées reflètent des variations dans les paramètres ambiants à mesurer (le mesurande), comme par exemple une température, une pression ou une contrainte.
Cependant, malgré le progrès d'ingénierie récent, l'ensemble du processus d'interrogation, dans lequel un dispositif d’interrogation transmet un signal radiofréquence approprié qui est reçu par le capteur à ondes acoustiques via une antenne de réception et converti par un transducteur en une onde acoustique de surface (ou une onde en volume, dans le cas de dispositifs du type capteur à ondes acoustiques en volume) qui est convertie en un signal radiofréquence étant transmis à nouveau via une antenne de transmission et reçu et analysé par le dispositif d’interrogation, pose encore des problèmes techniques. De plus, des configurations relativement encombrantes connues dans la technique ont des exigences d'espace relativement élevées.
Des mesures différentielles véritables basées sur des sensibilités différentielles appropriées des résonances du ou des résonateurs utilisés par rapport au mesurande doivent être observées avec précision afin d'obtenir des résultats de mesure fiables. Cela impose de fortes exigences en matière de tolérances des processus de production et de reproductibilité de propriétés physiques d’une plaquette à une autre. De plus, tout mouvement relatif entre le dispositif capteur et le dispositif d’interrogation peut fortement affecter les résultats de mesure en raison de la liaison RF formée par le dispositif capteur et le dispositif d’interrogation de manière inductive, capacitive, ou rayonnante. D'autres influences environnementales, telles que des changements de température, dans l'environnement de mesure affectent également la fiabilité des résultats de mesure.
Par conséquent, un but de la présente invention est de fournir un capteur à ondes acoustiques qui permet un rapport signal/bruit accru et des résultats de mesure plus fiables et/ou une conception plus compacte par comparaison à des dispositifs capteur à ondes acoustiques de la technique antérieure.
La présente invention permet d’atteindre le but mentionné ci-dessus en fournissant
un dispositif capteur à ondes acoustiques, comprenant
un premier transducteur interdigité (comprenant des électrodes en peigne) ;
une première structure de réflexion ;
une deuxième structure de réflexion ;
une première cavité de résonance comprenant une première surface supérieure et formée entre le premier transducteur interdigité et la première structure de réflexion ;
une deuxième cavité de résonance comprenant une deuxième surface supérieure et formée entre le premier transducteur et la deuxième structure de réflexion ;
et dans lequel
au moins une des premières et deuxième surfaces supérieures est recouverte au moins partiellement par une couche de métallisation ou une couche de passivation (ou peut être modifiée physiquement et/ou chimiquement par d'autres moyens, par exemple en évidant la surface respective).
La première structure de réflexion peut comprendre ou consister en un miroir de Bragg (comprenant des électrodes allongées disposées parallèlement les unes aux autres) et/ou la deuxième structure de réflexion peut comprendre ou consister en un miroir de Bragg (comprenant d’autres électrodes allongées disposées parallèlement les unes aux autres). En variante, au moins une des première ou deuxième structures de réflexion peut comprendre une rainure ou une structure de réflexion de bord ou un réflecteur court ne comprenant pas plus de trois électrodes. De telles structures de réflexion peuvent être formées facilement et peuvent fournir une réflectivité élevée. L’homme du métier saura comment ajuster la profondeur de la rainure ou l’épaisseur de l’électrode pour fournir un coefficient de réflexion dépassant 20 % qui peut être obtenu pour une orientation cristalline, une polarisation d'onde et une nature d'électrode données.
Le dispositif capteur à ondes acoustiques peut comprendre un substrat comprenant une couche piézoélectrique et un substrat massif non piézoélectrique ou peut comprendre un substrat piézoélectrique (uniforme). Le substrat massif non piézoélectrique peut être un substrat de silicium, et comprendre facultativement sur sa surface une couche que l'on appelle riche en pièges (par exemple fournie par une couche de silicium polycristallin). La couche riche en pièges permet de réduire la perte d'insertion et la perte RF du fait d'un piégeage de charge électrique induit au niveau de l'interface avec le substrat de silicium. La couche de métallisation ou couche de passivation peut être formée sur ou au-dessus de la couche piézoélectrique ou du substrat piézoélectrique, respectivement. La couche de métallisation peut comprendre ou consister en au moins un parmi AlCu et Ti, et la couche de passivation peut comprendre ou consister, mais sans y être limitée, en au moins un parmi Si3N4, Al2O3, AlN, Ta2O5et SiO2. La couche de métallisation peut être réalisée en le même matériau que les électrodes du premier transducteur (et ainsi peut être formée dans la même étape de traitement que celle utilisée pour former les électrodes). Si des miroirs de Bragg sont utilisés comme structures de réflexion, ils peuvent être réalisés en le même matériau métallique que celui utilisé pour la formation de la couche de métallisation et/ou des électrodes du premier transducteur.
La modification de l’une des première et deuxième surfaces supérieures des cavités de résonance par une couche de métallisation ou une couche de passivation peut avoir pour résultat que les caractéristiques de propagation d’ondes acoustiques générées par le transducteur interdigité diffèrent dans la deuxième cavité de résonance par rapport à celles dans la première cavité de résonance. Ainsi, un dispositif capteur différentiel très fiable et sensible peut être fourni.
Sans modification, les première et deuxième surfaces supérieures sont des surfaces libres (exposées), en particulier des surfaces libres d'une couche piézoélectrique (voir description ci-dessous). Une couche de matériau peut être formée sur la deuxième surface supérieure uniquement ou une couche de matériau sur la deuxième surface supérieure, et une autre couche de matériau (qui est constituée d’un matériau différent par comparaison à la couche de matériau formée sur la deuxième surface supérieure) peut être formée sur la première surface supérieure.
Selon un mode de réalisation, le premier transducteur est positionné sur un côté de la première cavité de résonance, et la deuxième cavité de résonance peut être positionnée sur l'autre côté de la première cavité de résonance en ayant la première structure de réflexion séparant la première cavité de résonance de la deuxième cavité de résonance. Ainsi, la deuxième cavité de résonance peut être formée entre la première structure de réflexion et la deuxième structure de réflexion. Dans une telle configuration, la séparation des cavités de résonance n'est pas fournie par le transducteur mais plutôt par une structure de réflexion intermédiaire (c'est-à-dire, la première structure de réflexion). Une conception compacte peut être obtenue par une telle configuration. Dans une telle configuration, une troisième structure de réflexion peut être fournie, et le transducteur interdigité peut être agencé entre la troisième structure de réflexion et la première cavité de résonance. La troisième structure de réflexion peut améliorer la réflectivité fournie par le premier transducteur (fonctionnant à la fois comme source d'ondes acoustiques de surface et comme réflecteur). La troisième structure de réflexion peut comprendre ou consister en un miroir de Bragg (comprenant des électrodes allongées disposées parallèlement les unes aux autres). L'homme du métier sait comment ajuster la première structure de réflexion pour permettre à de l'énergie d'être transférée vers la deuxième cavité de résonance.
Selon un mode de réalisation, le dispositif capteur à ondes acoustiques comprend en outre un deuxième transducteur interdigité et une quatrième structure de réflexion disposée entre les premier et deuxième transducteurs interdigités. Le premier transducteur interdigité comprend un premier nombre d'électrodes, et le deuxième transducteur interdigité comprend un second nombre d'électrodes, et le premier nombre d'électrodes peut être différent du second nombre. De plus ou en variante, les longueurs d’au moins certaines des électrodes du premier nombre d’électrodes peuvent être différentes des longueurs d’au moins certaines des électrodes du second nombre d’électrodes (c’est-à-dire les longueurs des deux transducteurs dans une direction perpendiculaire à la direction de déplacement des ondes acoustiques de surface). En outre, les ouvertures des premier et deuxième transducteurs peuvent être mutuellement différentes. Par l'intermédiaire de telles approches, un réglage fin est rendu possible pour compenser des pertes intrinsèques provoquées par la couche de métallisation ou de passivation du fait de changements de diffusion et de vitesse d'onde, d'un changement de conditions de résonance optimales, etc.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, les premier et deuxième transducteurs peuvent être considérés comme des pièces séparées (fonctionnant en parallèle) d'un transducteur unique. Une telle configuration est avantageuse dans des situations de fonctionnement en ce sens que le coefficient de réflexion du premier transducteur n’est pas assez élevé pour permettre une séparation suffisamment nette entre les cavités de résonance individuelles.
De plus, des cavités de résonance en cascade peuvent être formées dans le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l'un des modes de réalisation décrits ci-dessus afin de réduire le nombre de résonances pour arriver à des résultats de mesure uniques. Ainsi, le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’un des exemples décrits ci-dessus peut être configuré de sorte que la première cavité de résonance comprend des premières sous-cavités séparées les unes des autres par des premières sous-structures de réflexion de la première structure de réflexion, et la deuxième cavité de résonance comprend des secondes sous-cavités de résonance séparées les unes des autres par des secondes sous-structures de réflexion de la deuxième structure de réflexion. Chacune des sous-structures de réflexion peut être constituée d'électrodes allongées agencées parallèlement les unes aux autres.
Selon un mode de réalisation, le dispositif capteur d’ondes acoustiques comprend en outre une couche de matériau de quartz comprenant une surface plane et le premier transducteur interdigité, et les première et deuxième structures de réflexion sont formées sur ou au-dessus de la couche de matériau de quartz, et les première et deuxième cavités de résonance comprennent des parties de la couche de matériau de quartz, et la surface plane de la couche de matériau de quartz est définie par une coupe cristalline d’un matériau de quartz de la couche de matériau de quartz avec des angles φ dans la plage de -14° à -24°, θ dans la plage de -25° à -45° et ψ dans la plage de +8° à +28°, en particulier φ dans la plage de -17° à -22°, θ dans la plage de -30° à -40° et ψ dans la plage de +10° à +25°, et plus particulièrement φ dans la plage de -19° à -21°, θ dans la plage de -33° à -39° et ψ dans la plage de +15° à +25°. En particulier, les angles de la coupe cristalline peuvent être φ = -20°, θ = -36° et ψ = 15° à 25°, en particulier 17°.
Il faut noter que la définition ci-dessus équivaut à des angles φ dans la plage de +14° à +24°, θ dans la plage de -25° à -45° et ψ dans la plage de -8° à -28°, selon des conditions de symétrie pour des coupes cristallines tournées autour de l'axe Z (c'est-à-dire angles φ et ψ non nuls pour une coupe cristalline donnée). Plus explicitement, il est possible d’établir selon des règles de symétrie qu’une coupe (YXwlt)/+φ/+θ/+ψ équivaut à une coupe (YXwlt)/-φ/+θ/-ψ.
Les angles définissant la coupe cristalline, et par conséquent la surface plane, sont définis conformément aux normes IEEE 176 1949 concernant des cristaux piézoélectriques, 1949 du 12/12/1949. Le cristal de quartz peut avoir un plan de coupe (X’’, Z’’) défini par rapport au plan de coupe (X, Z) et dans un système de référence (X’’, Y’’, Z’’), où X, Y, Z sont des axes cristallographiques de quartz, une direction de propagation des ondes étant définie le long d’un axe X’’’, un premier plan de coupe (X’, Z’) étant défini par rotation d’un angle φ autour de l’axe Z du plan (X, Z) de manière à définir un premier système de référence (X’, Y’, Z’) avec un axe Z’ identique à l’axe Z, un second plan de coupe (X’’, Z’’) étant défini par rotation d’un angle θ autour de l’axe X’ du plan (X’, Z’) de manière à définir un second système de référence (X’’, Y’’, Z’’) avec l’axe X’’ étant le même que l’axe X’, la direction de propagation de long de l’axe X’’’ étant définie par rotation d’un angle ψ de l’axe X’’, dans le plan (X’’, Z’’) autour de l’axe Y’’, où selon la présente divulgation : φ est dans la plage de -14° à -24°, θ dans la plage de -25° à -45° et ψ dans la plage de +8° à +28°.
Des expériences ont montré qu'une couche de matériau de quartz pour un dispositif capteur à ondes acoustiques résultant d'un tel type de coupe cristalline peut fournir des sensibilités basses à des contraintes mécaniques et une robustesse de la mesure à l'encontre d'influences environnementales. Une sensibilité linéaire de sensibilités de fréquence différentielles (linéarité de dépendance température-fréquence) peut être obtenue. En fait, la sensibilité de fréquence de résonance pouvant être obtenue permet une sensibilité de mesure de plus de 1 ppm par Kelvin dans le contexte de mesures de température par l'intermédiaire du dispositif capteur à ondes acoustiques fourni. Des variations du coefficient de température de second ordre de fréquence différentielle de 2 ppb K-2, et même de moins de 1 ppb K-2, peuvent être obtenues.
La couche de matériau de quartz peut être un substrat massif de quartz ou une couche de quartz formée sur un substrat massif piézoélectrique. Dans le dernier cas, le substrat massif non piézoélectrique peut être un substrat de silicium, et comprendre facultativement sur sa surface une couche que l'on appelle riche en pièges (par exemple fournie par une couche de silicium polycristallin). La couche riche en pièges permet de réduire la perte d’insertion et de réduire la perte RF du fait d'un piégeage de charge électrique induit au niveau de l'interface avec le substrat de silicium. Il peut s’agir également un substrat de saphir qui est très intéressant pour maximiser le facteur de qualité de la résonance en minimisant lesdites pertes viscoélastiques dans le substrat. Le saphir est connu comme étant l’un des matériaux les plus avantageux selon cet aspect (avec des grenats d’yttrium, et plus particulièrement un grenat d'yttrium-aluminium - YAG).
Le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’un des exemples décrits ci-dessus peut être un dispositif POI et peut ainsi comprendre un substrat massif, en particulier un substrat massif de Si ou un substrat en quartz, une couche diélectrique, en particulier une couche de SiO2, formée sur le substrat. En outre, le dispositif capteur à ondes acoustiques peut comprendre une couche piézoélectrique, en particulier une couche de LiNbO3ou de LiTaO3, formée sur ou au-dessus du substrat massif. Dans ce cas, le premier transducteur interdigité et les première et deuxième structures de réflexion sont formés sur ou au-dessus de la surface supérieure de la couche piézoélectrique, et les première et deuxième cavités de résonance comprennent (des parties de) la couche piézoélectrique.
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, les longueurs d’extension (dans la direction de propagation des ondes acoustiques) de la première cavité de résonance et de la deuxième cavité de résonance peuvent différer les unes des autres afin de séparer plus clairement les réponses spectrales des résonances de la première cavité de résonance et de la deuxième cavité de résonance l'une de l'autre.
En général, le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’un des exemples décrits ci-dessus peut être un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface passif configuré pour détecter un paramètre ambiant, par exemple un parmi une température, une espèce chimique, une contrainte, une pression ou un couple d'un axe de rotation.
De plus, un ensemble capteur à ondes acoustiques est fourni, comprenant un ou plusieurs dispositifs capteur à ondes acoustiques selon l'un des exemples décrits ci-dessus. En particulier, l'ensemble capteur à ondes acoustiques peut comprendre le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l'un des exemples décrits ci-dessus, et peut comprendre en outre un autre dispositif capteur à ondes acoustiques connecté en série ou en parallèle au dispositif capteur à ondes acoustiques selon l'un des exemples décrits ci-dessus, l'autre dispositif capteur à ondes acoustiques comprenant
un troisième transducteur interdigité ;
une cinquième structure de réflexion et une sixième structure de réflexion ;
une troisième cavité de résonance comprenant une troisième surface supérieure et formée entre le troisième transducteur interdigité et la cinquième structure de réflexion ; et
une quatrième cavité de résonance comprenant une quatrième surface supérieure et formée entre le troisième transducteur interdigité et la cinquième structure de réflexion.
Dans un tel ensemble capteur à ondes acoustiques, les première et deuxième surfaces supérieures peuvent toutes les deux être recouvertes au moins partiellement par une couche de métallisation ou une couche de passivation, par exemple, une couche de métallisation ou une couche de passivation réalisée en ou comprenant le même matériau sur la première surface supérieure de la première cavité de résonance et la deuxième surface supérieure de la deuxième cavité de résonance, et les troisième et quatrième surfaces supérieures des cavités de résonance de l'autre dispositif capteur à ondes acoustiques peuvent ne pas être recouvertes, ou peuvent être recouvertes par une couche de métallisation différente ou une couche de passivation différente par rapport aux première et deuxième surfaces supérieures.
Par l’intermédiaire de l’ensemble capteur à ondes acoustiques comprenant deux dispositifs capteur à ondes acoustiques de surface connectés en série (pour des mesures basées sur l’antirésonance, cf US 2017/033840 A1) ou en parallèle (pour des mesures basées sur la résonance), une sensibilité différentielle des mesures peut être accrue par comparaison à l'utilisation d'un dispositif capteur à ondes acoustiques unique. Des résonances fournies par les première et deuxième cavités de résonance peuvent ne pas être mutuellement équivalentes du fait de la formation d’une ou plusieurs couches de métallisation ou de passivation. En particulier, le facteur de qualité fourni par des cavités de résonance métallisées peut être réduit par rapport à des cavités de résonance ayant des surfaces libres. Lors de la fourniture de deux dispositifs capteur à ondes acoustiques connectés l'un à l'autre, chacun des deux dispositifs capteur à ondes acoustiques peut être adapté séparément de l'autre (par exemple, par rapport aux longueurs et au nombre d'électrodes des transducteurs respectifs des deux dispositifs capteur à ondes acoustiques de surface) pour améliorer les dynamiques des réponses et satisfaire un quelconque point de fonctionnement souhaité donné par un cahier des charges actuel.
En outre, un système est prévu pour surveiller/mesurer un paramètre ambiant, par exemple une température, un niveau de contrainte, une pression ou un niveau de couple d’un axe de rotation, une espèce chimique, etc., qui comprend un dispositif d’interrogation et un dispositif capteur à ondes acoustiques et/ou un ensemble capteur à ondes acoustiques selon l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus qui est couplé en communication avec le dispositif d'interrogation.
Le dispositif d'interrogation pour interroger un capteur à ondes acoustiques peut comprendre une antenne de transmission configurée pour transmettre un signal d'interrogation radiofréquence au dispositif capteur à ondes acoustiques, une antenne de réception configurée pour recevoir un signal de réponse radiofréquence en provenance du capteur à ondes acoustiques et un moyen de traitement pour traiter/analyser le signal de réponse radiofréquence afin de déterminer un paramètre ambiant qui doit être capté.
Des caractéristiques et avantages supplémentaires de la présente invention vont être décrits en se reportant aux dessins. Dans la description, il est fait référence aux figures annexées destinées à illustrer des modes de réalisation préférés de l'invention. Il est entendu que de tels modes de réalisation ne représentent pas toute la portée de l'invention.
La illustre un exemple de dispositif capteur à ondes acoustiques de surface selon la technique antérieure.
La illustre un exemple d'un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface, dans lequel des cavités de résonance sont agencées sur un seul côté d'un transducteur selon un mode de réalisation de la présente invention.
La illustre un exemple d’un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface, dans lequel des cavités de résonance sont agencées sur un seul côté d’un transducteur selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La illustre un exemple d’un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface, dans lequel des cavités de résonance sont agencées sur un seul côté d’un transducteur selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention.
La illustre un exemple d'un ensemble capteur à ondes acoustiques de surface selon un mode de réalisation de la présente invention.
La illustre un exemple d’un ensemble capteur à ondes acoustiques de surface selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La présente invention fournit des capteurs à ondes acoustiques, en particulier des capteurs SAW passifs, qui sont caractérisés par un rapport signal/bruit, une sensibilité et une fiabilité élevés. En ce qui concerne des mesures de température, par exemple, la sensibilité de fréquence de résonance pouvant être obtenue permet une sensibilité de mesure supérieure à 1 ppm par Kelvin. Les capteurs à ondes acoustiques peuvent être interrogés par de quelconques dispositifs d’interrogation qui sont configurés pour déterminer un spectre de réponse en provenance d'un capteur à ondes acoustiques interrogé. Le capteur à ondes acoustiques interrogé peut par exemple être un dispositif résonateur, par exemple, un capteur SAW différentiel. Il va sans dire que l'invention peut être mise en œuvre dans tout dispositif utilisant des capteurs à ondes acoustiques ou des résonateurs diélectriques, des circuits RLC, etc.
Le dispositif d’interrogation (également appelé unité) interrogeant l’un des dispositifs capteur à ondes acoustiques de l’invention peut comprendre une antenne de transmission pour transmettre un signal d’interrogation radiofréquence vers le dispositif capteur et une antenne de réception pour recevoir un signal de réponse radiofréquence en provenance du dispositif capteur. Le signal d’interrogation radiofréquence transmis par l’antenne de transmission peut être généré par un générateur de signal pouvant comprendre un synthétiseur radiofréquence ou un oscillateur commandé ainsi qu’éventuellement un certain module de mise en forme de signal fournissant une transposition en fréquence et/ou une amplification appropriée du signal à transmettre par l’antenne de transmission. Le signal d'interrogation radiofréquence généré par le générateur de signal peut être un signal pulsé ou en rafale avec une fréquence sélectionnée selon la fréquence de résonance du dispositif capteur à ondes acoustiques. Il convient de noter que l'antenne d’émission et l’antenne de réception peuvent être la même antenne. Dans ce cas, les processus d'émission et de réception peuvent être synchronisés l'un avec l'autre, par exemple par l'intermédiaire d'un commutateur commandé de manière adaptée.
En outre, le dispositif d'interrogation peut comprendre un moyen de traitement connecté à l'antenne de réception. Le moyen de traitement peut comprendre un moyen de filtrage et/ou d’amplification et être configuré pour analyser le signal de réponse radiofréquence reçu par l’antenne de réception. Par exemple, le dispositif capteur fonctionne à une fréquence de résonance de 434 MHz ou de 866 MHz ou de 915 MHz ou de 2,45 GHz (lesdites bandes ISM).
Le dispositif d’interrogation peut transmettre une longue impulsion radiofréquence et après l’arrêt de la transmission, les cavités de résonance du dispositif capteur se déchargent à leurs propres fréquences de résonance avec des constantes de temps τ égales à Qf/πF, où F est la fréquence centrale et Qf est le facteur de qualité de la résonance, Qf correspondant au rapport entre la fréquence de résonance centrale et la largeur à la moitié du maximum de la bande passante utilisée dans le processus d'interrogation. Par exemple, Qf correspond au facteur de qualité de résonance estimé sur la partie réelle de l’admittance de résonateur (ladite conductance) lorsque ce dernier est conçu pour fonctionner à ladite résonance. Une analyse spectrale effectuée par le moyen de traitement du dispositif d’interrogation permet de calculer la ou les fréquences de résonateur et, ainsi, le captage d’un paramètre ambiant. Le signal de réponse radiofréquence reçu peut être mélangé par le moyen de traitement avec un signal d'interrogation radiofréquence selon le protocole dit I-Q tel qu'il est connu dans la technique pour extraire les parties réelle et imaginaire (composantes en phase I = Y cos φ et composantes en quadrature Q = Y sin φ avec l’amplitude de signal Y et la phase φ) à partir desquelles le module et la phase peuvent ensuite être déduits.
La illustre un mode de réalisation en exemple d’un dispositif capteur 20a à ondes acoustiques de surface (SAW) de l’invention. Un dispositif capteur SAW selon un mode de réalisation de la présente invention, par exemple le dispositif capteur SAW 20a représenté sur la , comprend un transducteur T. Le transducteur T est intégré sous la forme d’un transducteur interdigité (IDT) (un peigne) connecté à une antenne (non représentée sur la ) pour recevoir une onde électromagnétique E1 (un signal d'interrogation radiofréquence) et convertir l'onde électromagnétique E1 en une onde acoustique de surface.
Le dispositif capteur à ondes acoustiques de surface 20a comprend une première structure de miroir de Bragg M1 et une deuxième structure de miroir de Bragg M2. Une première cavité de résonance de la longueur g1 est définie entre la première structure de miroir de Bragg M1 et la deuxième structure de miroir de Bragg M2, et une deuxième cavité de résonance de la longueur g2 est définie entre le transducteur T et la première structure de miroir de Bragg M1. Ainsi, le transducteur T convertit un signal d'interrogation radiofréquence E1 reçu par l'antenne en une onde acoustique de surface qui est réfléchie par les miroirs de Bragg M1 et M2 des cavités de résonance des longueurs g1 et g2, respectivement, et reconvertie en un signal radiofréquence S1 par le transducteur. L'onde acoustique reconvertie est bien sûr transmise par l'antenne (ou une autre antenne) en tant que signal de réponse radiofréquence. Le capteur à ondes acoustiques de surface 20a (ainsi que les dispositifs décrits ci-dessous en référence à d’autres des figures) peut fonctionner dans des conditions de Bragg avec des longueurs d'onde des ondes acoustiques de surface excitées de quelques multiples des pas des électrodes en peigne du transducteur en peigne T. Lorsque le fonctionnement a lieu dans les conditions de Bragg, le transducteur en peigne T lui-même fonctionne essentiellement comme un miroir. Il convient de noter que l'efficacité de ce fonctionnement comme un miroir dépend de la polarisation d'onde, de la nature et de la forme de l'obstacle, et des propriétés de substrat. Il convient de noter que l'homme du métier sait comment adapter la première structure de miroir de Bragg M1 pour permettre à de l'énergie d'être échangée entre les première et deuxième cavités de résonance (par exemple, en réduisant le nombre de doigts d'électrode).
Les réseaux de miroirs de la première structure de miroir de Bragg M1 et de la deuxième structure de miroir de Bragg M2 peuvent différer l’un de l’autre (comme représenté sur la ) et peuvent être adaptés de manière appropriée pour avoir pour résultat des conditions de résonance optimales. Les longueurs g1 et g2 des cavités de résonance (le long de la direction de déplacement des ondes acoustiques de surface) peuvent être différentes l’une de l’autre, où un changement de la longueur de l'une des cavités de résonance se transforme pour modifier localement les propriétés de propagation d'onde. Plus de deux cavités de résonance peuvent être fournies selon des modes de réalisation différents. Il convient de noter qu'une conception compacte peut être réalisée par un dispositif capteur SAW selon le mode de réalisation illustré sur la . De plus, des dynamiques de réponse satisfaisantes peuvent être obtenues par la configuration représentée.
Le dispositif capteur 20a peut comprendre un capteur à base de SAW construit sur des matériaux piézoélectriques monocristallins comme du quartz (SiO2), du niobate de lithium (LiNbO3), du tantalate de lithium (LiTaO3), du langasite (LGS) ou des matériaux piézoélectriques polycristallins comme du nitrure d'aluminium (AlN) ou de l’oxyde de zinc (ZnO), en particulier, déposés sur du silicium ou même sur un matériau composite piézoélectrique-sur-isolant (POI) comprenant une couche de matériau piézoélectrique, en particulier un matériau monocristallin, comme par exemple du tantalate de lithium ou du niobate de lithium, liée à un substrat de support comme par exemple du silicium, si nécessaire au moyen d'une couche de liaison, comme par exemple une couche d'oxyde de silicium. Comme déjà mentionné, ce que l'on appelle une couche riche en pièges (par exemple, du silicium polycristallin) peut être présente au niveau de l'interface avec le substrat de support de silicium.
Dans le mode de réalisation représenté sur la , les cavités de résonance fournies des longueurs g1 et g2, respectivement, diffèrent l'une de l'autre en ce sens que l'une d'entre elles (celle ayant une longueur g1) présente certaines modifications physiques et/ou chimiques (indiquées en noir) par comparaison à l'autre. Par l’intermédiaire des modifications physiques et/ou chimiques, différentes conditions de propagation et donc différentes caractéristiques de résonance sont fournies dans les différentes cavités de résonance. Des résonances multiples selon des cavités de résonance multiples, et ainsi des effets différentiels en comparant des résonances caractérisant chacune des cavités de résonance multiples, surviennent ainsi.
Il existe une variété de moyens pour fournir les modifications physiques et/ou chimiques afin d'obtenir des modes d’ondes de propagation qui présentent des sensibilités paramétriques différentielles. Ces moyens incluent par exemple la réalisation des modifications physiques et/ou chimiques par la formation d'une couche de métallisation et/ou d'une couche de passivation. Une couche de métallisation d’une certaine épaisseur de 100 nm peut être formée sur la région de la cavité de résonance de longueur g1, par exemple il est possible qu’aucune couche de métallisation soit formée sur la cavité de résonance de longueur g2. La couche de métallisation peut être formée du même matériau que les électrodes du transducteur T et/ou la structure de miroir de Bragg M1 et/ou la structure de miroir de Bragg M2.
Lorsque le même matériau est utilisé pour la métallisation et la formation du transducteur en peigne T et des électrodes des structures de miroir de Bragg M1 et M2, tous ces éléments peuvent être déposés dans le même processus de dépôt. Dans d'autres modes de réalisation, un matériau différent est utilisé pour la métallisation. Par exemple, une couche de métallisation ou une couche de passivation d’un premier matériau est formée sur la première cavité de résonance de longueur g1 et une autre couche de métallisation ou couche de passivation d’un autre matériau est formée sur la deuxième cavité de résonance de longueur g2. Selon un autre exemple, un matériau à décalage de température positif, par exemple SiO2ou Ta2O5, est formé sur l’une des cavités de résonance et un matériau à décalage de température négatif, par exemple, Si3N4ou AlN, ou aucun matériau supplémentaire est formé sur l'autre des cavités de résonance.
Une passivation peut être réalisée en formant une couche de passivation constituée de ou comprenant Si3N4, Al2O3ou AlN. Selon d'autres modes de réalisation, des couches de matériau peuvent être formées sur les deux cavités de résonance. De plus, des couches de matériau formées sur une ou plusieurs des cavités de résonance peuvent avoir des épaisseurs non homogènes le long de la direction de propagation des ondes acoustiques. En outre, des couches multiples peuvent être formées sur une ou plusieurs des cavités de résonance. Dans ce contexte, il convient de noter qu'en général, la fourniture d'une couche de matériau sur une cavité de résonance peut avoir pour résultat une réduction de la vitesse de phase d'ondes acoustiques du fait d’effets de charge massique, en particulier, si des couches d'un matériau d'un numéro atomique élevé, comme Pt, Au ou W, sont utilisées. Cet effet peut être compensé en ajoutant une couche présentant une vitesse acoustique relativement élevée, par exemple AlN, Si3N4, Al2O3, adjacente à la couche de matériau piézoélectrique. Les cavités de résonance présentent des sensibilités différentes à des mesurandes en raison des caractéristiques de résonance différentes fournies provoquées par des traitements différents des surfaces, et permettent ainsi des mesures différentielles.
Selon un autre mode de réalisation, la première cavité de résonance d'un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface 20b comprenant des modifications physiques et/ou chimiques (par exemple, sous la forme d'une couche métallique) est plus proche du transducteur que l'autre deuxième cavité de résonance qui peut ne comprendre aucune modification physique et/ou chimique (voir ).
Dans les deux dispositifs capteur 20a et 20b représentés sur les et 2b, respectivement, la réflectivité du transducteur T peut être améliorée par une structure de réflexion supplémentaire, par exemple, une troisième structure de miroir de Bragg M3 telle qu’elle est représentée sur la . Dans ce cas, le transducteur T est positionné entre la structure de miroir de Bragg supplémentaire M3 et une cavité de résonance.
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, des miroirs de Bragg sont prévus afin de former les cavités de résonance. Cependant, selon des modes de réalisation en variante, un ou plusieurs des miroirs de Bragg peuvent être remplacés par des structures de réflexion latérales/de bord pour un guidage dans un mode de cisaillement pur. Ainsi, des configurations très compactes peuvent être obtenues en ce sens que la réflexion de Bragg est remplacée par une réflexion de surface plane sans une quelconque perte d'énergie ou conversion de mode. Des configurations avec des structures de réflexion latérales/de bord pour un guidage dans un mode de cisaillement pur sont particulièrement utiles pour détecter des paramètres ambiants dans des liquides. Des ondes de cisaillement conviennent parfaitement pour un sondage dans un liquide. En particulier, des modes hautement couplés (> 5 %) associés à des matériaux à k élevée (avec une constante diélectrique k supérieure à 30, par exemple) sont attrayants pour les applications dans un liquide. Selon d'autres modes de réalisation, une ou plusieurs structure(s) de réflexion sont réalisée(s) sous la forme de courts réflecteurs comprenant pas plus de trois électrodes.
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus comprenant des miroirs de Bragg, des cavités de résonance simples sont utilisées. Cependant, tous ces modes de réalisation peuvent utiliser des cavités de résonance en cascade comprenant des structures à électrodes miroirs multiples. La distance spectrale entre les deux résonances ainsi que le coefficient de couplage des résonances peuvent être commandés par le nombre de structures à électrodes miroirs et des sous-cavités de résonance.
Dans le cas de l’utilisation de cavités de résonance en cascade, il est possible d’utiliser un transducteur qui ne fonctionne pas dans la condition de Bragg. Par exemple, le transducteur peut présenter trois ou quatre doigts par longueur d'onde ou même 5 doigts pour deux longueurs d'onde, et en général toutes les structures appropriées permettant d'exciter des ondes à un synchronisme donné sans réflexion d'onde sur les électrodes d’IDT.
En outre, il convient de noter qu’est envisagée ici une situation de fonctionnement telle que le coefficient de réflexion du transducteur n’est pas assez élevé pour permettre une séparation suffisamment nette entre les résonances des cavités. Dans ce cas, (par exemple dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus), le transducteur T peut être divisé en deux parties (c’est-à-dire que deux transducteurs fonctionnant en parallèle sont prévus) avec un réflecteur supplémentaire prévu au milieu de deux parties afin d’améliorer la séparation de résonance de cavité. Cela sera particulièrement utile pour des ondes de Rayleigh ou plus généralement polarisées de manière elliptique sur des substrats monocristallins en quartz, langasite, et tantalate de lithium et des substrats composites comprenant des couches de GaN, AlN et ZnO du fait que les modes correspondants présentent généralement un facteur de couplage inférieur à 1 % et un coefficient de réflexion sur une électrode unique inférieur à 5 %, typiquement inférieur à 3 %, et même inférieur ou égal à 1 %. Dans une certaine mesure, le coefficient de réflexion est lié au facteur de couplage car il est généralement composé d’une partie mécanique (effet de charge élastique et massique) et d’une partie électrique (effet de charge électrique). L'IDT peut être divisé en deux parties dans l'une quelconque des configurations de dispositifs capteur SAW prévues ici, en particulier les configurations représentées sur les figures 2a à 2c. Les deux parties (ou deux transducteurs) peuvent être différent(e)s l'un(e) de l'autre par rapport à la longueur (perpendiculaire à la direction de déplacement des ondes acoustiques de surface), au nombre d'électrodes, aux ouvertures, etc., pour obtenir des conditions de résonance optimales.
Pour des configurations POI utilisant des couches de LiTaO3avec un couplage électromécanique supérieur à 5 %, il peut être démontré par calcul que le coefficient de réflexion est supérieur à 5 % et peut atteindre 10 % ou même plus (15 % après mesure, > 20 % après calcul en considérant un métal avec un numéro atomique élevé). Pour le quartz, il peut être démontré que l’ajout d’un miroir central à l’intérieur du transducteur permet d’obtenir la séparation des deux modes de cavité. Cette considération est particulièrement vraie pour des électrodes à base d'AlCu. L'utilisation d'électrodes à numéro atomique élevé, comme par exemple le molybdène, l'or, le platine ou le tungstène, peut permettre des coefficients de réflexion importants (en particulier pour des monocristaux, et non pour des substrats stratifiés à base d'AIN ou de GaN). Il est également intéressant, dans une telle configuration, d'utiliser des transducteurs unidirectionnels à phase unique (SPUDT), afin de favoriser l'émission des ondes dans une direction donnée, à nouveau afin de faciliter la séparation entre les résonances des cavités.
En général, le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’un des exemples décrits ci-dessus peut être un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface passif configuré pour détecter un paramètre ambiant, par exemple un parmi une température, une espèce chimique, une contrainte, une pression ou un couple d'un axe de rotation.
Le dispositif capteur à ondes acoustiques selon un des exemples décrits ci-dessus peut être une partie d'un ensemble capteur à ondes acoustiques qui est également prévu ici. Des modes de réalisation en exemple d'un tel ensemble capteur à ondes acoustiques sont représentés sur les figures 3a et 3b.
Un ensemble capteur à ondes acoustiques selon un mode de réalisation de la présente invention, comme par exemple l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30a représenté sur la , comprend un premier dispositif capteur SAW 31a et un second dispositif capteur 32a. Les deux types de résonateurs (dispositif capteur SAW 31a, 32a) peuvent être optimisés avantageusement indépendamment l'un de l'autre, en se focalisant sur l'idée de bénéficier de réponses de résonateur équilibrées. Par exemple, quelqu’un peut changer l'ouverture d'un résonateur ou la longueur d'IDT pour améliorer les dynamiques de la réponse et satisfaire un quelconque point de fonctionnement selon le cahier des charges imposé. Le premier dispositif capteur SAW 31a comprend un premier IDT T1, une première structure de miroir de Bragg M1 et une deuxième structure de miroir de Bragg M2. Une première cavité de résonance R1 est formée entre la première structure de miroir de Bragg M1 et le premier IDT T1 et une deuxième cavité de résonance R2 est formée entre la deuxième structure de miroir de Bragg M2 et le premier IDT T1. La première cavité de résonance R1 et la deuxième cavité de résonance R2 peuvent avoir la même longueur g1, ou elles peuvent avoir des longueurs différentes.
De plus, le second dispositif capteur SAW 32a comprend un second IDT T2, une troisième structure de miroir de Bragg M3 et une quatrième structure de miroir de Bragg M4. Une troisième cavité de résonance R3 est formée entre la troisième structure de miroir de Bragg M3 et le second IDT T2 et une quatrième cavité de résonance R4 est formée entre la quatrième structure de miroir de Bragg M4 et le second IDT T2. La troisième cavité de résonance R3 et la quatrième cavité de résonance R4 peuvent avoir la même longueur g2, ou elles peuvent avoir des longueurs différentes. Les longueurs g1 et g2 peuvent être identiques ou différer l'une de l'autre. Une ou plusieurs des structures de miroir de Bragg M1 à M4 peuvent être remplacées par une rainure ou une structure de réflexion de bord ou un court réflecteur comprenant pas plus de trois électrodes, comme décrit ci-dessus. L’homme du métier saura comment ajuster la profondeur de la rainure ou l’épaisseur de l’électrode pour fournir un coefficient de réflexion dépassant 20 % qui peut être obtenu pour une orientation cristalline, une polarisation d'onde et une nature d'électrode données.
Selon le mode de réalisation représenté sur la , les première et deuxième cavités de résonance R1 et R2 du premier dispositif capteur SAW 31a de l'ensemble capteur à ondes acoustiques 30a comprend des modifications physiques et/ou chimiques (indiquées en gris sur la ), par exemple une des modifications physiques et/ou chimiques décrites ci-dessus, en particulier une couche de métallisation ou de passivation. Par exemple, les première et deuxième cavités de résonance R1 et R2 du premier dispositif capteur SAW 31a sont recouvertes par des couches métalliques du même matériau. D'autre part, les surfaces de la troisième cavité de résonance R3 et de la quatrième cavité de résonance R4 du second dispositif capteur SAW 32a de l'ensemble capteur à ondes acoustiques 30a sont des surfaces libres dans l'exemple représenté sur la . Le premier dispositif capteur SAW 31a et le second dispositif capteur SAW 32a sont connectés en parallèle l'un à l'autre (fonctionnement en résonance), c'est-à-dire qu'ils convertissent en parallèle (de manière synchrone) la même onde électromagnétique E1 (signal d'interrogation radiofréquence) reçue par une antenne (non représentée) en une onde acoustique de surface, qui est ensuite retransférée dans le signal de sortie S1.
En principe, le premier transducteur T1 du premier dispositif capteur SAW 31b et/ou le deuxième transducteur T2 du second dispositif capteur SAW 32b peuvent être divisés en deux parties avec une structure de réflexion supplémentaire (par exemple une structure de miroir de Bragg) positionnée entre les deux parties, comme décrit ci-dessus. De plus, plutôt que de fournir les deux cavités de résonance symétriques autour d’un axe longitudinal du premier transducteur T1, le premier transducteur T1 peut être positionné à gauche ou à droite des deux cavités de résonance R1 et R2 et, dans ce cas, sa réflectivité peut être améliorée par une structure de réflexion supplémentaire, par exemple une structure de miroir de Bragg (cf. configurations illustrées sur les figures 2a à 2c). De manière similaire, le deuxième transducteur T2 du second dispositif capteur SAW 32b peut être positionné à gauche ou à droite des deux cavités de résonance R3 et R4 et, dans ce cas, sa réflectivité peut être améliorée par une structure de réflexion supplémentaire, par exemple une structure de miroir de Bragg (cf. configurations illustrées sur les figures 2a à 2c).
Tous les modes de réalisation décrits ci-dessus d'un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface peuvent être implémentés dans le premier dispositif capteur SAW 31a et/ou le second dispositif capteur SAW 32a de l'ensemble capteur à ondes acoustiques 30a. En particulier, l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30a peut comprendre un capteur à base de SAW construit sur des matériaux piézoélectriques monocristallins comme du quartz (SiO2), du niobate de lithium (LiNbO3), du tantalate de lithium (LiTaO3), du langasite (LGS), ou des matériaux piézoélectriques polycristallins comme du nitrure d'aluminium (AlN) ou de l’oxyde de zinc (ZnO), en particulier, déposés sur du silicium ou même sur un matériau composite piézoélectrique-sur-isolant (POI) comprenant une couche de matériau piézoélectrique, en particulier un matériau monocristallin, comme par exemple du tantalate de lithium ou du niobate de lithium, liée à un substrat de support comme par exemple du silicium, si nécessaire au moyen d'une couche de liaison, comme par exemple une couche d'oxyde de silicium. Comme déjà mentionné, ce que l'on appelle une couche riche en pièges (par exemple du silicium polycristallin) peut être présente au niveau de l'interface avec le substrat de support de silicium.
Des résonances associées à des cavités de surface métallisée et libre ne sont pas strictement équivalentes les unes aux autres. Des cavités de surface métallisée peuvent produire un facteur de qualité inférieur par comparaison à des cavités de surface avec des surfaces libres, et leurs réponses dynamiques peuvent être plus lentes. Des réponses déséquilibrées peuvent être désavantageuses par rapport au processus d'interrogation de capteur global. De tels problèmes peuvent être allégés en fournissant deux dispositifs capteur SAW dans un ensemble capteur à ondes acoustiques tel que décrit ci-dessus, où chacun des dispositifs capteur SAW peut être ajusté individuellement par rapport à des conditions de résonance optimales.
La représente un mode de réalisation en variante, dans lequel deux dispositifs capteur SAW 31b et 32b d'un ensemble capteur à ondes acoustiques 30b sont connectés en série l'un à l'autre (fonctionnement en anti-résonance).
Ainsi, un ensemble capteur à ondes acoustiques selon un autre mode de réalisation de la présente invention, comme par exemple l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30b représenté sur la , comprend un premier dispositif capteur SAW 31b et un second dispositif capteur 32b. À nouveau, les deux types de résonateurs (dispositifs capteur SAW 31b et 32b) peuvent avantageusement être optimisés indépendamment l'un de l'autre. Le premier dispositif capteur SAW 31b comprend un premier IDT T1, une première structure de miroir de Bragg M1 et une deuxième structure de miroir de Bragg M2. Une première cavité de résonance R1 est formée entre la première structure de miroir de Bragg M1 et le premier IDT T1 et une deuxième cavité de résonance R2 est formée entre la deuxième structure de miroir de Bragg M2 et le premier IDT T1. La première cavité de résonance R1 et la deuxième cavité de résonance R2 peuvent avoir la même longueur g1, ou elles peuvent avoir des longueurs différentes le long de la direction de déplacement des ondes acoustiques de surface.
De plus, le second dispositif capteur SAW 32b comprend un second IDT T2, une troisième structure de miroir de Bragg M3 et une quatrième structure de miroir de Bragg M4. Une troisième cavité de résonance R3 est formée entre la troisième structure de miroir de Bragg M3 et le second IDT T2 et une quatrième cavité de résonance R4 est formée entre la quatrième structure de miroir de Bragg M4 et le second IDT T2. La troisième cavité de résonance R3 et la quatrième cavité de résonance R4 peuvent avoir la même longueur g2 ou elles peuvent avoir des longueurs différentes. Les longueurs g1 et g2 peuvent être identiques ou différer l'une de l'autre. Une ou plusieurs des structures de miroir de Bragg M1 à M4 peuvent être remplacées par une rainure ou une structure de réflexion de bord ou un court réflecteur comprenant pas plus de trois électrodes, comme décrit ci-dessus.
Selon le mode de réalisation représenté sur la , les première et deuxième cavités de résonance R1 et R2 du premier dispositif capteur SAW 31b de l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30b comprend des modifications physiques et/ou chimiques (indiquées en gris sur la ), par exemple l’une des modifications physiques et/ou chimiques décrites ci-dessus, en particulier une couche de métallisation ou de passivation. Par exemple, les première et deuxième cavités de résonance R1 et R2 du premier dispositif capteur SAW 31b sont recouvertes par des couches métalliques du même matériau. D’autre part, les surfaces de la troisième cavité de résonance R3 et de la quatrième cavité de résonance R4 du second dispositif capteur SAW 32b de l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30b sont des surfaces libres.
En principe, le premier transducteur T1 du premier dispositif capteur SAW 31b et/ou le deuxième transducteur T2 du second dispositif capteur SAW 32b peuvent être divisés en deux parties avec une structure de réflexion supplémentaire (par exemple, une structure de miroir de Bragg) positionnée entre les deux parties, comme décrit ci-dessus. De plus, plutôt que de fournir les deux cavités de résonance symétriques autour d’un axe longitudinal du premier transducteur T1, le premier transducteur T1 peut être positionné à gauche ou à droite des deux cavités de résonance R1 et R2 et, dans ce cas, sa réflectivité peut être améliorée par une structure de réflexion supplémentaire, par exemple une structure de miroir de Bragg (cf. configurations illustrées sur les figures 2a à 2c). De manière similaire, le deuxième transducteur T2 du second dispositif capteur SAW 32b peut être positionné à gauche ou à droite des deux cavités de résonance R3 et R4 et, dans ce cas, sa réflectivité peut être améliorée par une structure de réflexion supplémentaire, par exemple une structure de miroir de Bragg (cf. configurations illustrées sur les figures 2a à 2c).
Tous les modes de réalisation décrits ci-dessus d’un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface peuvent être implémentés dans le premier dispositif capteur SAW 31b et/ou le second dispositif capteur SAW 32b de l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30b. En particulier, l’ensemble capteur à ondes acoustiques 30b peut comprendre un capteur à base de SAW construit sur des matériaux piézoélectriques monocristallins comme du quartz (SiO2), du niobate de lithium (LiNbO3), du tantalate de lithium (LiTaO3), du langasite (LGS) ou des matériaux piézoélectriques polycristallins comme du nitrure d'aluminium (AlN) ou de l’oxyde de zinc (ZnO), en particulier, déposés sur du silicium ou même sur un matériau composite piézoélectrique-sur-isolant (POI) comprenant une couche de matériau piézoélectrique, en particulier, un matériau monocristallin, comme par exemple du tantalate de lithium ou du niobate de lithium, liée à un substrat de support comme par exemple du silicium, si nécessaire au moyen d'une couche de liaison, comme par exemple une couche d'oxyde de silicium. Comme déjà mentionné, ce que l'on appelle une couche riche en pièges (par exemple du silicium polycristallin) peut être présente au niveau de l'interface avec le substrat de support de silicium.
Tous les modes de réalisation décrits précédemment ne sont pas destinés à être limitatifs, mais servent d'exemples illustrant des caractéristiques et des avantages de l'invention. Il convient de comprendre que tout ou partie des caractéristiques décrites ci-dessus peuvent également être combinées de différentes manières.
Dans la présente divulgation, des coupes cristallines sont définies conformément aux normes IEEE 176 1949 concernant des cristaux piézoélectriques, 1949 du 12/12/1949. Dans cette norme, une coupe cristalline pour des applications SAW est définie uniquement par trois angles, c’est-à-dire φ et θ définissant la rotation du cristal selon une configuration de référence dudit cristal et ψ une direction de propagation dans le plan (φ, θ) qui indique la direction vers laquelle les ondes se propagent et donc la position du transducteur capable de lancer lesdites ondes. Y et X désignent des axes cristallins considérés comme des références pour la définition de l’état initial de la plaque de cristal. Le premier est l’axe normal de ladite plaque tandis que le second axe se situe le long de la longueur de la plaque. La plaque est supposée être rectangulaire, caractérisée par sa longueurl, sa largeurwet son épaisseurt. La longueurlse situant le long de l’axe cristallin X, la largeurwest le long de l’axe Z et l’épaisseurtle long de l’axe Y en considérant le système d’axes (YX) donné.
En supposant maintenant qu’aucun des angles ne vaut zéro, nous considérons le cas général d’une coupe à triple rotation ou tournée trois fois. Dans cette situation, le cristal de quartz peut avoir un plan de coupe (X’’, Z’’) défini par rapport au plan de coupe (X, Z) et dans un système de référence (X’’, Y’’, Z’’), où X, Y, Z sont des axes cristallographiques de quartz, une direction de propagation des ondes étant définie le long d’un axe X’’’, un premier plan de coupe (X’, Z’) étant défini par rotation d’un angle φ autour de l’axe Z du plan (X, Z) de manière à définir un premier système de référence (X’, Y’, Z’) avec un axe Z’ qui est identique à l’axe Z, un second plan de coupe (X’’, Z’’) étant défini par rotation d’un angle θ autour de l’axe X’ du plan (X’, Z’) de manière à définir un second système de référence (X’’, Y’’, Z’’) avec l’axe X’’ étant le même que l’axe X’, la direction de propagation le long de l’axe X’’’ étant définie par rotation d’un angle ψ de l’axe X’’, dans le plan (X’’, Z’’) autour de l’axe Y’’.
Certaines règles de symétrie sont rappelées ci-après pour le quartz. Le quartz est un cristal trigonal de classe 32. Par conséquent, il est caractérisé par un axe ternaire, c’est-à-dire l’axe Z autour duquel il est possible d’établir la relation :
(YXw)/φ = (YXw)/φ+120°
Les deux autres axes sont binaires et, par conséquent, les relations de symétrie suivantes prévalent :
(YXl)/θ = (YXl)/θ+180°, (YXt)/ψ = (YXt)/ψ+180°
Pour des raisons géométriques simples, il est facile de démontrer que l’ensemble suivant d’axes sont équivalents :
(YXwlt)/+φ/+θ/+ψ = (YXwlt)/-φ/+θ/-ψ
En fait, en supposant que la face supérieure est identifiée par le signe plus pour φ (la face où l’onde de surface est supposée se propager), la face inférieure de la plaque est obtenue en changeant le signe en moins. Considérer que l’opération de symétrie ne change pas le signe de ψ, supposerait que la direction de Z’’’ sur le côté inférieur est inchangée, mais elle est en fait tournée de 180°. Ainsi, pour récupérer la situation de surface supérieure, il est impératif d’appliquer une rotation de 180° sur ψ, ce qui est en fait équivalent à un changement de signe. Il convient de noter que pour des coupes cristallines sans rotation autour de Z (φ=0°), la symétrie suivante est efficace :
(YXlt)/+θ/+ψ = (YXlt)/+θ/-ψ.
Claims (18)
- Dispositif capteur à ondes acoustiques, comprenant
un premier transducteur interdigité ;
une première structure de réflexion ;
une deuxième structure de réflexion ;
une première cavité de résonance comprenant une première surface supérieure et formée entre le premier transducteur interdigité et la première structure de réflexion ; et
une deuxième cavité de résonance comprenant une deuxième surface supérieure et formée entre le premier transducteur interdigité et la deuxième structure de réflexion ;
et dans lequel
au moins une des première et deuxième surfaces supérieures est recouverte au moins partiellement par une couche de métallisation ou une couche de passivation. - Dispositif capteur à ondes acoustiques selon la revendication 1, dans lequel la deuxième cavité de résonance est formée entre la première structure de réflexion et la deuxième structure de réflexion.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins une des première ou deuxième structures de réflexion comprend une rainure ou une structure de réflexion de bord ou un réflecteur court ne comprenant pas plus de trois électrodes.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins une des première ou deuxième structures de réflexion comprend ou consiste en un miroir de Bragg.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une troisième structure de réflexion et dans lequel le transducteur interdigité est agencé entre la troisième structure de réflexion et la première cavité de résonance.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de métallisation comprend ou consiste en au moins un parmi AlCu et Ti.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de passivation comprend ou consiste en au moins un parmi Si3N4, Al2O3, AlN, Ta2O5et SiO2.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un deuxième transducteur interdigité et une quatrième structure de réflexion disposée entre les premier et deuxième transducteurs interdigités.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon la revendication 8, dans lequel le premier transducteur interdigité comprend un premier nombre d’électrodes et le deuxième transducteur interdigité comprend un second nombre d’électrodes, et le premier nombre d’électrodes est différent du second nombre.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le premier transducteur interdigité comprend un premier nombre d’électrodes et le deuxième transducteur interdigité comprend un second nombre d’électrodes, et les longueurs d’au moins certaines des électrodes du premier nombre d’électrodes sont différentes des longueurs d’au moins certaines des électrodes du second nombre d’électrodes.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon la revendication 8, 9 ou 10, dans lequel l’ouverture du premier transducteur interdigité diffère de l’ouverture du deuxième transducteur interdigité.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première cavité de résonance comprend des premières sous-cavités de résonance séparées les unes des autres par des premières sous-structures de réflexion de la première structure de réflexion, et la deuxième cavité de résonance comprend des secondes sous-cavités de résonance séparées les unes des autres par des secondes sous-structures de réflexion de la deuxième structure de réflexion.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les longueurs d’extension de la première cavité de résonance et de la deuxième cavité de résonance diffèrent l'une de l'autre.
- Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre
une couche de matériau de quartz comprenant une surface plane ;
dans lequel
le premier transducteur interdigité et les première et deuxième structures de réflexion sont formés sur ou au-dessus de la couche de matériau de quartz et les première et deuxième cavités de résonance comprennent des parties de la couche de matériau de quartz;
et dans lequel
la surface plane de la couche de matériau de quartz est définie par une coupe cristalline d’un matériau de quartz de la couche de matériau de quartz avec des angles φ dans la plage de -14° à -24°, θ dans la plage de -25° à -45° et ψ dans la plage de +8° à +28°, en particulier φ dans la plage de -17° à -22°, θ dans la plage de -30° à -40° et ψ dans la plage de +10° à +25°, et plus particulièrement φ dans la plage de -19° à -21°, θ dans la plage de -33° à -39° et ψ dans la plage de +15° à +25°, les angles de la coupe cristalline pouvant en particulier être φ = -20°, θ = -36° et ψ = 15° à 25°, en particulier 17°. - Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre
un substrat massif, en particulier un substrat massif de Si ;
une couche diélectrique, en particulier une couche de SiO2, formée sur le substrat massif ; et
une couche piézoélectrique, en particulier une couche de LiNbO3ou de LiTaO3,
et dans lequel
le premier transducteur interdigité et les première et deuxième structures de réflexion sont formés sur ou au-dessus de la couche piézoélectrique, et les première et deuxième cavités de résonance comprennent la couche piézoélectrique. - Dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif capteur à ondes acoustiques est un dispositif capteur à ondes acoustiques de surface passif configuré pour détecter un paramètre ambiant choisi parmi une température, une espèce chimique, une contrainte, une pression ou un couple d'un axe de rotation.
- Ensemble capteur à ondes acoustiques comprenant le dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, et comprenant en outre un autre dispositif capteur à ondes acoustiques connecté en série ou en parallèle au dispositif capteur à ondes acoustiques selon l’une quelconque des revendications précédentes, l'autre dispositif capteur à ondes acoustiques comprenant
un troisième transducteur interdigité ;
une cinquième structure de réflexion et une sixième structure de réflexion ;
une troisième cavité de résonance comprenant une troisième surface supérieure et formée entre le troisième transducteur interdigité et la cinquième structure de réflexion ; et
une quatrième cavité de résonance comprenant une quatrième surface supérieure et formée entre le troisième transducteur interdigité et la cinquième structure de réflexion. - Ensemble capteur à ondes acoustiques selon la revendication 17, dans lequel les première et deuxième surfaces supérieures sont toutes les deux recouvertes au moins partiellement par une couche de métallisation ou une couche de passivation, en particulier réalisée en ou comprenant le même matériau, et dans lequel les troisième et quatrième surfaces supérieures ne sont pas recouvertes par une couche de métallisation ou une couche de passivation.
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0998037A1 (fr) * | 1998-10-30 | 2000-05-03 | Thomson-Csf | Filtre faibles pertes à ondes acoustiques de surface sur substrat de quartz de coupe optimisée |
| US20040244466A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-09 | Chi-Yen Shen | Ammonia gas sensor and its manufacturing method |
| US20060049714A1 (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-09 | James Liu | Passive wireless acoustic wave chemical sensor |
| US20150000414A1 (en) * | 2011-12-22 | 2015-01-01 | Japan Radio Co., Ltd. | Object characteristics measurement apparatus |
| CN104768113A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-08 | 南京航空航天大学 | 一种用于液体多参数传感的乐甫波器件结构及检测方法 |
| US20170033840A1 (en) | 2015-07-31 | 2017-02-02 | Senseor | One-port surface elastic wave resonator on high permittivity substrate |
| WO2020021029A2 (fr) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Frec'n'sys | Filtres à ondes acoustiques de surface (saw) à cavité résonante |
| US20200257950A1 (en) * | 2017-11-07 | 2020-08-13 | Resonant Inc. | Ultra-wide-band saw sensor with hyperbolically frequency-modulated etched reflector |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0998037A1 (fr) * | 1998-10-30 | 2000-05-03 | Thomson-Csf | Filtre faibles pertes à ondes acoustiques de surface sur substrat de quartz de coupe optimisée |
| US20040244466A1 (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-09 | Chi-Yen Shen | Ammonia gas sensor and its manufacturing method |
| US20060049714A1 (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-09 | James Liu | Passive wireless acoustic wave chemical sensor |
| US20150000414A1 (en) * | 2011-12-22 | 2015-01-01 | Japan Radio Co., Ltd. | Object characteristics measurement apparatus |
| CN104768113A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-08 | 南京航空航天大学 | 一种用于液体多参数传感的乐甫波器件结构及检测方法 |
| US20170033840A1 (en) | 2015-07-31 | 2017-02-02 | Senseor | One-port surface elastic wave resonator on high permittivity substrate |
| US20200257950A1 (en) * | 2017-11-07 | 2020-08-13 | Resonant Inc. | Ultra-wide-band saw sensor with hyperbolically frequency-modulated etched reflector |
| WO2020021029A2 (fr) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Frec'n'sys | Filtres à ondes acoustiques de surface (saw) à cavité résonante |
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Legal Events
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Effective date: 20220909 |
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| TP | Transmission of property |
Owner name: SOITEC, FR Effective date: 20230823 |
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