FR2590078A1 - Dispositif a onde acoustique de surface - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN SUBSTRAT PIEZOELECTRIQUE 1, UN CERTAIN NOMBRE D'ELEMENTS A ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE F, F, F SUR LE SUBSTRAT, UNE ELECTRODE EN METAL 7 COUVRANT LE SUBSTRAT ENTRE ET AUTOUR DES ELEMENTS A ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE ET UN MOYEN D'APPLICATION D'UNE TENSION DE POLARISATION V A L'ELECTRODE EN METAL. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX ENSEMBLES DE FILTRES A ONDE ACOUSTIQUE DE SURFACE, AUX CIRCUITS INTEGRES MONOLITHIQUES AUX CONVOLUTIONNEURS OU AUX DISPOSITIFS D'UN TRANSFERT DE CHARGE.
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif SAW (onde acoustique de
surface) comprenant un certain nombre d'éléments SAW comprenant au moins un élément SAW et un circuit intégré à semi-conducteurs sur un seul substrat, et plus particulièrement à un agencement pour isoler ou séparer acoustiquement les éléments SAW les uns des autres
ou d'autres circuits électroniques.
Les progrès récents dans la technique des dispositifs SAW produisent un ensemble complexe de filtres SAW avec
un certain nombre de filtres SAW formés sur un seul subs-
trat et un ensemble d'un circuit intégré monolithique haute fréquence avec un dispositif SAW et un circuit intégré à
semi-conducteurs sur un seul substrat.
Cependant, aucune proposition effective n'a été faite pour isoler acoustiquement les filtres respectifs les uns des autres dans l'ensemble complexe de filtres SAW ou pour séparer acoustiquement le dispositif SAW du circuit intégré à semi-conducteurs dans l'ensemble à circuit intégré
monolithique haute fréquence.
Les systèmes selon l'art antérieur peuvent simplement réduire l'interférence entre les éléments SAW ou entre un dispositif SAW et un circuit intégré à semi-conducteurs en agençant les filtres SAW de façon que les trajectoires de propagation de l'onde acoustique de surface ne se croisent
pas ou alternativementen interposant un matériau d'absorp-
tion du son pour atténuer les ondes acoustiques de surface comme le montre la figure 5 o le matériau d'absorption du son 3 est noyé dans un substrat piézélectrique 1 pour isoler un dispositif SAW avec deux électrodes 2 en forme
de peigne d'autres dispositifs SAW semblables.
La mise en place spécifique des éléments SAW dans
l'art antérieur pour isoler leurs trajectoires de propaga-
tion des ondes acoustiques de surface réduit indûment le nombre de filtres SAW que l'on peut incorporer sur un substrat. L'utilisation d'un matériau d'absorption du son nécessite une haute technique pour bien placer le matériau dans un espace limité ou pour maintenir une forme et une quantité uniformes du matériau, et par conséquent provoque
une non-uniformité des produits finis.
La présente invention a pour conséquent pour objet de produire un agencement unique pour un ensemble complexe de filtres SAW ou un ensemble à circuit intégré monolithique
à haute fréquence qui établit un isolement acoutique effi-
cace ou une séparation entre les filtres SAW ou entre un
dispositif SAW et un circuit intégré à semi-conducteurs.
La caractéristique la plus générale de l'invention réside dans l'utilisation d'une électrode en métal prévue sur un substrat d'un ensemble complexe de filtres SAW ou
sur un ensemble à circuit intégré monolithique haute fré-
quence, laquelle électrode entoure chaque élément SAW
dans l'ensemble afin de les isoler les uns des autres.
Entre l'électrode et le substrat semi-conducteur est ap-
pliquée une tension de polarisation dont la valeur est choisie pour inverser, de force, la polarité de la surface
du semi-conducteur.
Selon une caractéristique plus avantageuse de l'in-
vention, la surface du substrat semi-conducteur peut-
être couverte d'une couche isolante de SiO2 ou Si3N4, par exemple. Chaque bord du métal opposé à l'élément SAW définit avantageusement une marge irrégulière afin de réfléchir irrégulièrement une onde acoutique de surface incidente. Des électrodes en peigne dans chaque élément SAW
sont reliées à des électrodes externes ou à d'autres cir-
cuits électroniques sur un substrat commun par des bandes
en métal qui chevauchent l'électrode en métal par l'in-
termédiaire de la couche isolante.
La partie o l'électrode en métal est prévue a une
structure appelée MIS monolithique (métalAsolant /semi-
conducteur). Une onde acoustique de surface, lorsqu'elle se propage à travers la structure MIS monolithique change fortement de perte de propagation en réponse à une tension
de polarisation appliquée entre le métal et le semi-con-
ducteur. La perte de propagation et la tension de pola-
risation ont les relations montrées sur la figure 6 o la température estun paramètre. La figure 6 montre que la perte de propagation augmente remarquablement et atteint OdB/cm dans une gamme limitée de tension. Cela signifie que dans cette gamme de tension, une onde acoustique de surface disparaît sensiblement après une courte distance
de propagation.
La gamme de tension invitant à la dégradation rapide d'une onde acoustique de surface correspond à une valeur de tension qui inverse de force la polarité de la surface
du semi-conducteur (l'interface entre la couche piézcélec-
trique et le semi-conducteur). La figure 7 est un graphi-
que montrant le résultat de la comparaison de la caracté-
ristique C-V (caractéristique capacité-tension) à la cour-
be b et la perte de propagation à la courbe a. Le dessin montre que la perte de propagation augmente brusquement lorsque la polarité de la surface du semi-conducteur est inversée de force (dans la gamme gauche d'une ligne en pointillé). Comme on l'a décrit, étant donné qu'une tension de polarisation d'une valeur inversant de force la polarité
de la surface du semi-conducteur dégrade de manière signi-
ficative les ondes acoustiques de surface interférant les
unes avec les autres, l'invention permet d'empêcher l'in-
terférence acoustique entre des filtres SAW adjacents ou
_30 entre un dispositif SAW et un circuit intégré semi-conduc-
teur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts,
caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa-
raîtront plus clairement au cours de la description ex-
plicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: -la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble
complexe de filtres SAW ayant un agencement selon l'inven-
tion; la figure 2 est une vue en perspective d'un circuit intégré monolithique à haute fréquence ayant un agencement d'éléments SAW selon l'invention; - la figure 3 est une vue en plan d'un ensemble complexe
de filtres SAW ayant un agencement plus spécifique de l'in-
vention; - la figure 4 est une vue en perspective fragmentaire de l'ensemble de la figure i ou de la figure 2 qui montre la façon dont on peut relier une électrode en peigne à une électrode externe ou à un circuit intégré semi-conducteur; - la figure 5 est une vue en plan d'un agencement selon l'art antérieur d'un dispositif SAW; - la figure 6 est un graphique montr3ntlarelation entre la perte de propagation, sur l'axe des ordonnss et une tension de polarisation sur l'axe des abscisses; - la figure 7 est un graphique montrant la relation entre la perte de propagation et la caractéristique capacité-tension
(capacité haute fréquence à tension de polarisation).
la figure 1 montre un ensemble complexe de filtres SAW (onde acoustique de surface) ayant un agencement selon l'invention. Une couche piâ!électrique 5 est formée sur une surface d'un substrat semi-conducteur 4 et ils forment
un substrat pizélectrique 1. Sur l'autre surface du semi-
conducteur 4 est formée une électrode inférieure 6 reliée à la terre. Un certain nombre (quatre sur le dessin) de filtres SAW F1 à F4, chacun comprenant deux électrodes en peigne 2 sont formés sur une surface supérieure de la couche piézoélectrique 5 opposée au semi-conducteur 4. Les filtres respectifs F1à F4 sont entourés et isolés par une électrode en métal 7. Une tension de polarisation VB est
appliquée entre le métal 7 et l'électrode inférieure 6.
La figure 2 montre un ensemble à circuit intégré monolithque haute fréquence ayant un agencement selon l'invention. Un substrat semiconducteur 4 est pourvu sur l'une de ses surfaces d'une couche isolante 8 sur
laquelle est formée sélectivement une couche piézoélec-
trique 5. La partie comprenant la couche piézoélectrique est un segment 9 de dispositif SAW tandis que la par-
tie avec l'isolant 8 exposé est un segment de circuit in-
tégré semi-conducteur 10. Le segment 9 de dispositif SAW comprend un certain nombre d'éléments SAW chacun ayant deux électrodes en peigne 2. Les éléments SAW individuels sont entourés ou isolés par une électrode en métal 7. Une tension de polarisation est appliquée entre le le métal 7 et une électrode inférieure 6 prévue sur la surface inférieure du semiconducteur 4 et relié à laterre. Le segment de circuit intégré à semiconducteur 10 comprend des circuits
électroniques différents I1à 13.
Dans les ensembles des figures 1 et 2, le métal 7 peut être fait du même matériau que celui des électrodes
en peigne 2 ou des électrodes des circuits intégrés à semi-
conducteurs. De même, le métal 7 peut être formé en même temps et par la même méthode ( attaque) que les
électrodes en peigne 2 et les électrodes du circuit in-
tégré à semi-conducteurs. Chaque bord du métal 7 opposé au filtre ne doit pas ère nécessairement droit comme le montre les figures 1 et 2 mais peut définir une marge irrégulière
avec le filtre comme le montre la figure 3 pour diminuer l'ef-
fet de réflexion d'une onde acoustique de surface par le bord. L'utilisation du métal 7 nécessite un agencement spécifique pour relier les électrodes en peigne 2 à des
électrodes externes ou à des électrodes des circuits in-
tégrés à semi-conducteurs, bien qu'une liaison conven-
tionnelle par fil puisse être employée. L'invention pro-
pose plus particulièrement un câblage multicouche montré sur la figure 4 ou une couche isolante 1 est prévue sur
le métal 7 et un métal de câblage 12 est prévu sur l'iso-
lant 11 pour relier électriquement l'électrode 2 en forme de peigne à une électrode externe ou à une électrode 13 d'un circuit intégré à semiconducteurs. L'agencement de l'invention peut être utilisé non seulement dans l'ensemble de filtres SAW ou l'ensemble de circuit intégré monolithique haute fréquence comme cela est illustré mais également dans un oscillateur à ligne à retard, un convolutionneur ou un dispositif à transfert de
charge SAW.
Comme on l'a décrit, comme dans l'invention on utilise
l'électrode en métal qui peut être formée dans le même procé-
dé et la même étape que les électrodes en peigne, on garde une configuration et une disposition uniformes de l'électrode en métal et par conséquent une propriété uniforme des produits finis en comparaison à l'agencement selon l'art antérieur utilisant le matériau d'absorption du son. En comparaison avec un autre agencement selon l'art antérieur qui réserve une grande distance des éléments SAW individuels pour isoler leurs trajectoires de propagation de SAW, tandis que l'art antérieur impose une limite au nombre d'éléments prévus dans une zone donnée d'un substrat, l'agencement selon l'invention permet l'incorporation de plus d'éléments
dans un substrat de la même surface.
7 2590078
R E V EN DI C A T I ONS
4-Dispositif à onde acoustique de surface carac-
térisé en ce qu'il comprend: un substrat piézoélectrique 1; un certain nombre d'éléments à onde acoustique de surface (F1,F2, F3,) prévus sur ledit substrat; une électrode en métal(7) couvrant ledit substrat entre et autour desdits éléments à onde acoustique de surface; et un moyen d'application d'une tension de polarisation (VB)pour appliquer une tension de polarisation à ladite
électrode en métal.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le substrat piézoélectrique précité comprend un substrat semi-conducteur (4) et une couche piézoélectrique (5)prévue sur ledit substrat semi-conducteur et la tension de polarisation précitée a une valeur pour inverser se
force la polarité de la surface du substrat semi-conducteur.
3. Dispositif à onde acoustique de surface caractérisé en ce qu'il comprend: Un substrat semi-conducteur (4);
une couche isolante (8) prévue sur ledit substrat semi-
conducteur; une couche piézoélectrique (5)prévue sélectivement sur ladite couche isolante; un certain nombre d'éléments à onde acoustique de surface (F1, F2) prévus sur ladite couche piézoélectrique au moins un circuit semi-conducteur(lO)prévu sur
ladite couche isolante non couverte par ladite couche piézo-
électrique;
une électrode en métal(7)couvrant ladite couche piézo-
électrique entre et autour desdits éléments à onde acous-
tique de surface; et un moyen d'applicationd' une tension de polarisation (VB) pour appliquer une tension de polarisation à ladite
électrode en métal.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes, caractérisé en ce que chaque bord de l'électrode en métal opposé à une marge externe de chaque élément à onde acoustique de surface définit une marge
irrégulière avec l'élément.
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| ST | Notification of lapse |