WO 01/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`FILTRE A ONDES ACOUSTIQUES D’INTERFACE NOTAMMENT POUR LES
`
`1O
`
`LIAISONS SANS FIL.
`
`La présente invention conceme un filtre a ondes acoustiques de structure plane,
`
`c‘est-a-dire dans lequel des ondes acoustiques se propagent dans un plan.
`
`15
`
`de
`liaisons
`aux
`notamment, mais non exclusivement,
`s'applique
`Elle
`communication sans fil comme celles utilisées dans la te’léphonie mobile ou les
`
`clés destinées a la commande a distance de l‘ouverture des portes d'une
`
`automobile, ou encore dans l'échange sans fil de données entre appareils
`
`électn'ques ou informafiques délocalisés.
`
`20
`
`Ces liaisons sans fil utilisent des filtres en téte, appelés RF (Radio Frequency
`
`Filters) et dcs filtres dc fie'quence intermédiaire F1 51 ondes acoustiques de surface
`
`(Surface Acoustic Wave Filters).
`
`25
`
`3O
`
`35
`
`Un filtre a ondes acoustiques de surface est généralement constitué par un
`substrat piézoe’lectrique qui sous l'efi‘et d'un champ électrique génére des ondes
`acoustiques qui se propagent a la surface du substrat, ces ondes étant soit situées
`dans le plan sagittal (ondes de Rayleigh), soit oriente’es transversalement (ondes
`de Bleustein-Gulayev) ou quasi transversalement par rapport a leur direc’don de
`
`propagation.
`substrat comprend une structure
`1e
`Pour ge'nérer ces ondes acoustiques,
`me'tallique plane formée par un depot métallique déposé sur le substrat ou enterré
`dans des sillons formés a sa surface, cette structure métallique plane comprenant
`
`une pluralite' de doigts formant par exemple des peignes interdigités, ou formant
`un transducteur de type SPUDT (Single Phase UniDirectional Transducer), de
`type R-SPUDT (Resonant SPUDT) ou des résonateurs couplés acoustiqucment
`on électriquement. Pour plus d'informations sur ces dispositifs, on peut se référer
`aux documents [4] a [8] qui sont mentionnés dans la liste des références figurant
`a la fin de la présente description, et qui sont
`incorporés dans la présente
`
`

`

`WO 01/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`description 2‘1 titre de reference.
`
`Les avantages des filtres a ondes acoustiques de surface par rapport aux filtres
`utilisant une autre technologie resident dans leurs trés faibles dimensions, leur
`fajble consommation (cc sont des filtres passifs) et surtout leur faible cofit de
`
`fabrication.
`
`1O
`
`les fréquences porteuses utilisées dans la téléphonie mobile ont
`Toutefois,
`tendance a augmenter, depuis 900 MHz 91 1800 MHz, pour atteindre 2200 MHz,
`voire 3000 MHz et plus. La taille du substrat, l‘intervalle entre les doigts et
`surtout 1a dimension des doigts de la structure métallique doivent done étre
`réduites en consequence pour pouvoir traiter des fréquences aussi élevées. Ainsi,
`la precision des machines de lithographie nécessaire a la realisation des gravures
`métalliques doit passer de 0,5 um 51 0,35 um, voire beaucoup moins (0,25 51 0,18
`
`15
`
`um).
`
`20
`
`25
`
`3O
`
`35
`
`Par ailleurs la présence de la moindre poussiére ou projection de matiére degrade
`les performances du filtre, et ce d'autant plus que les dimensions du substrat
`doivent étre de plus en plus réduites.
`'
`11 est donc nécessaire que le substrat soit protégé par un boitier.
`En outre, comme 1e substrat est piézoélectn'que, i1 doit également étre protégé
`des perturbau'ons électromagnétiques. Par consequent, 1e boitier doit étre blindé.
`
`11 en résulte done un probleme de structure du cofit des composants, puisqu'en
`devenant de plus en plus petites, les puces acoustiques vont cofiter beaucoup
`moins cher que le boitier desfiné a protéger la puce de l'environnement.
`
`La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. A cet efi‘et, elle
`propose an filtre acoustique de structure plane dans lequel des ondes acoustiques
`se propagent sensiblement dans un plan.
`
`Selon l‘invention, ce filtre est caractérise' en ce qu'il comprend deux corps solides
`dont l’un au moins est piézoélectn'que, ces corps étant liés Fun at l‘autre de
`maniere a presenter une interface plane entre eux, les ondes acoustiques étant
`générées par le corps piézoélectrique au moyen d'un champ électrique, les ondes
`acoustiques étant guidées par l’interface entre les deux corps solides et présentant
`une énergie acoustique qui décroit exponentiellement dans les deux corps a partir
`de l’interface dans une direction perpendiculaire a l’interface.
`
`

`

`WO 01/29964
`
`_ 3 _
`
`PCT/FR00/02727
`
`Grace 51 ces dispositions, les ondes acoustiques se propagent non pas a la surface
`d'un substrat, mais a l'interface entre deux corps solides. L’énergie de ces ondes
`décroit exponentiellement dans les deux corps solides a partir de l’interface, si
`bien qu’aucune e’nergie ne sort a l’extérieur de la structure dés lors que
`l'épaisseur des corps solides est supérieure a quelques dizaines de fois la
`longueur d'onde des ondes acoustiques. Par consequent, aucun boitier n’est
`nécessaire pour protéger 1e composant
`(1e filtre) de son environnement. Par
`ailleurs, les ondes acoustiques se propageant a l’interface entre deux milieux
`solides, elles peuvent presenter une vitesse de propagation supérieure a celle des
`ondes de surface (par exemple 5000 m/s au lieu de 3000 m/s).
`
`Ces ondes d'interface, qui sont non dispersives, peuvent présenter deux types de
`polarisation principales : lorsque 1e vecteur déplacement des atomes de la matiere
`se situe uniquement dans le plan sagittal (perpendiculaire an plan d'interface), ce
`sont les ondes de Stoneley, lorsque ce vecteur déplacement se situe uniquement
`suivant 1a direction perpendiculaire au plan sagittal ce sont les ondes d’interface
`transversales de Maerfeld-Tournois. Une description plus détaillée de ces ondes
`est par exemple donne'e dans les documents [1], [2] et [3] mentionnés a la fin de
`la présente descripfion et qui sont intégrés a la présente description a titre de
`référence.
`
`1O
`
`15
`
`20
`
`transversales ou quasi
`les ondes d’interface
`De preference on utilise
`transversales, dont les conditions d’existence sont moins drastiques que celles
`des ondes de Stoneley et dont la vitesse de propagation est généralement plus
`
`25
`
`grande.
`
`30
`
`35
`
`Avantageusement, les axes cristallographiques des mate'riaux constituant les deux
`corps sont choisis de telle sorte que la composante transversale du vecteur
`déplacement de l’onde dans le plan de l’interface soit 1a seule composante du
`vecteur déplacement
`ou
`soit dominante,
`et
`que
`l’onde
`soit
`couplée
`
`piézoélectriquement.
`
`Un seul des deux corps pent étre constitué d'un matériau piézoélectrique ou les
`deux. Dans ce dernier cas,
`les deux matériaux piézoélecniques peuvent étre
`identiques.
`lls peuvent également étre assembles de maniere a présenter les
`memes orientations cristallines pour former un seul corps solide. Dans ce cas, 1a
`structure plane métallique formant 1e filtre, forme’e a l'interface entre les deux
`corps sert de guide piézoe’lectrique a l’onde d’interface transversale (SH) ou
`
`

`

`WO 01/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`quasi-transversale (Q-SH).
`
`Dans
`
`le
`
`cas
`
`0121 Fun des matériaux est pie’zoélectrique et
`
`l’autre non
`
`pie’zoélectn'que, les axes cristallographjques du matén'au piézoélectrique sont de
`préférence choisis de telle maniére que selon la direction de propagation, 1e
`vecteur de déplacement des ondes acousfiques soit purement
`transversal-
`horizontal ou présente une composante transversale—horizontale dominante, et
`
`telle que ces ondes soient couplées piézoélectriquement.
`Les axes cristallographiques du mate’n'au non piézoélectrique peuvent également
`étre choisis pour que selon la direction de propagation choisie, 1e vecteur de
`déplacement des ondes acoustiques soit purement
`transversal-horizontal ou
`présente une composante transversale-horizontale dominante, et telle que ces
`ondes aient une vitesse de propagation égale ou supén'eure a la vitesse de
`propagation
`des
`ondes
`transversales-horizontales
`ou
`quasi-transversales-
`horizontales dans le matériau piézoélectrique.
`
`Selon une particularité de l'invention, la constante die'lectrique et la densite’ du
`matén'au non piézoélectn'que sont
`infén'eures respectivement a la constante
`diélectrique et a la densité du matériau piézoélectrique.
`
`Un mode de realisation du filtre selon l'invention sera de'cn't ci—apres, a titre
`
`d‘exemple non limitatif, avec reference aux dessins annexés dans lesquels
`
`représente schémafiquement en perspective un filtre
`La figure 1
`selon l'invention dans lequel sont montrées les ondes acoustiques se
`propageant a l'interface entre les deux corps solides ;
`
`La figure 2 représente sche’matiquement en perspective un filtre
`selon l'invention comprenant a l'interface en1re les deux corps
`
`solides un transducteur interdigite’ ;
`
`La figure 3 montre deux courbes délimitant le domaine d'existence
`des ondes d'interface transversales ou quasi transversales.
`
`La figure 1 représente un filtre a ondes acoustiques conforme a la présente
`invention. Ce filtre comprend deux corps solides l, 2 par exemple de forme
`paraflélépipédique, ayant une face l'une contre l'autre de maniere a former une
`interface 3 située dans un plan sz. Um I des deux corps solides 1, 2 est en un
`
`1O
`
`15
`
`20
`
`25
`
`30
`
`35
`
`

`

`W0 01/299154
`
`PCT/FR00/02727
`
`- 5 -
`
`mate'riau A piézoe'lectrique,
`
`tandis que
`
`l'autre
`
`est
`
`en un matériau B
`
`piézoélectn'que, identique on non au matériau A, on bien non piézoélectn'que.
`
`Les axes cristallographiques des corps 1 et 2 sont choisis de maniére 5: ce que si
`
`l'on engendre des ondes acoustiques 5 se propageant dans la direction Ox, au
`
`voisinage du plan d'interface 3, l’énergie de ces ondes décroit exponentiellement
`
`dans les deux corps a partir de l’interface dans une direction 0y perpendiculaire a
`
`celle-ci, comme le montrent les courbes exponentielles 6. De cette maniére,
`
`aucune énergie ne sort a l’extérieur de la structure, si les corps 1 et 2 sont
`
`1O
`
`suffisamment épais (dans la direction Oy sur la figure 1), de l'ordre de quelques
`
`dizaines de fois la longueur d'onde des ondes acoustiques.
`
`11 nlest donc pas nécessaire de pre'voir un packaging pour protéger 1e composant
`
`(1e filtre) de son environnement.
`Ces ondes, qui sont non dispersives, peuvent presenter deux types de polarisau'on
`
`15
`
`principales : lorsque 1e vecteur de'placement 7 des atomes de la matiére se situe
`uniquement dans le plan sagittal xOy, ce sont les ondes de Stoneley (voir
`reference [1]), lorsque ce vecteur déplacement se situe uniquernent suivant la
`direction Oz perpendiculaire au plan sagittal (cas de l'onde représentée sur la
`figure 1), cc sont des ondes d’interface transversales de Maerfeld-Tournois (voir
`
`20
`
`références [2] et [3]).
`
`selon l'invention utilise des ondes d’interface
`filtre
`le
`De préférence,
`transversales dont les conditions d’existence sont moins drastiques que celles des
`
`25
`
`ondes de Stoneley et dont 1a vitesse de propagation est généralernent plus grande.
`
`Sur la figure 2, 1e filtre a ondes acoustiques selon l'invention comprend, placée a
`l’interface 3 entre les deux matén'aux A et B, une structure de filtre plane
`
`30
`
`conductrice, par exemple métallique, semblable a celle des composants a ondes
`de surface,
`telle que les peignes
`interdigités
`(voir
`référence [4]
`),
`les
`transducteurs SPUDT (voir reference [5]) cu R-SPUDT (voir référence [6]), et
`les résonateurs a ondes couplées acoustiquement (voir référence [7]) on couples
`électriquement (voir reference [8]). Cette structure conductiice permet de générer
`les ondes acoustiques, la forme et la disposition de cette structure définissant les
`
`35
`
`caractéristiques du filtre.
`
`Cette structure est par exemple constituée par un réseau de conducteurs
`électriques obtenu par un depot métallique formé a l'interface entre les deux
`
`

`

`WO 01/29964
`
`- 6 -
`
`PCT/FR00/02727
`
`corps l, 2, enterré dans des sillons creusés dans l'un des deux corps 1, 2 a
`
`l'interface 3, par exemple dans le corps 1. Elle comprend par exemple deux
`
`réflecteurs constitués de segments de conducteurs 9, 9‘ perpendiculaires a la
`
`direction de propagation des ondes acoustiques, et entre les segments de
`
`conducteurs 9 et 9', 1m transducteur constitué de deux peignes 10 interdigite’s, par
`
`ayant une pluralité de doigts.
`
`Nous allons étudier plus en détail successivement les cas 01‘1 les deux corps 1, 2
`
`semi-infmis
`
`sont piézoe'lecuiques,
`
`et
`
`011
`
`1111
`
`seul des deux corps
`
`est
`
`10
`
`piézoélectrique.
`
`1 — Les deux mate'riaux sont piézoélectn'gues
`
`Lorsque les deux mate’n'aux A et B sont issus de la classe cristallographjque
`
`15
`
`hexagonale avec l’axe C aligné suivant l’axe Oz, perpendiculaire an plan sagittal,
`
`la vitesse vcc de ces ondes acoustiques est donnée par :
`
`2
`Vc
`
`2
`
`PAVA[ ‘79]
`
`1/2
`
`2
`
`V CC
`
`+vaB[1— 2 J
`
`2
`
`1/2
`
`2
`eB
`
`2
`_ 6A
`
`-‘—+—
`
`(1)
`
`lorsqu’a l’interface les charges piézoélectriques sont comt-circuitées par m1 film
`
`20
`
`métallique infiniment mince.
`
`Au contraire,
`
`lorsqu’a l’interface 3,
`
`les charges piézoélectriques ne sont pas
`
`court-circuitées, 1a vitesse VNC de ces ondes est donnée est donnée par :
`
`2
`2
`VNC
`PAVA “—2—
`VA
`
`1/2
`
`2
`2
`VNC
`+PBVB “—2—
`VB
`
`2
`
`(2)
`
`e
`
`e
`
`1/2 [A-i]
`_ 5A
`83
`-—T—T—‘
`__ _
`5A
`53
`
`25
`
`30
`
`Dans ces équafions (1) et (2), EA et 83 sont les constantes diélectn'ques des
`matériaux A et B, eA et e3 sont les coefiicients (e15)A et (e15)B des tenseurs
`
`pie’zoélectriques, et VA et v3 sont les vitesses de propagation transversales de ces
`
`ondes acoustiques dans les matén'aux A et B.
`
`Si les deux matériaux sont identiques et de méme orientation or = pg = p ; VA =
`
`

`

`WO 01/29964
`
`7
`
`PCT/FR00/02727
`
`VB=VS ; SA=SB=8 ; CtCA=CB=615.
`
`Lorsqu’a l’interface les charges piézoélectriques sont court-circuitées, la vitesse
`
`Vcc de ces ondes est donnée par :
`
`2
`VCC
`
`VS
`
`1/2
`
`2
`
`_ e15 _—2
`
`6‘va
`
`E2 étant le coefficient de couplage piézoélectrique du matériau.
`
`Si au contraire,
`les charges piézoélectriques a l'interface ne sont pas court-
`circuitées, l’onde d’interface est de'ge'nérée et se confond avec l’onde transversale
`
`10
`
`de volume de vitesse vs.
`
`Dans ce cas, l’onde d’interface existe et n’est pas dégénérée, et sa vitesse v est
`
`proche de la vitesse vcc.
`Le coefficient de couplage 2Av/v de cette onde est alors voisin de :
`
`2Av ~ v§ -VE'C -E4
`T ‘
`V;
`
`(4)
`
`15
`
`20
`
`Pour réaliser un filtre acoustique d’interface dans un matériau piézoélectquue
`
`unique, i1 faut done :
`
`— choisir une orientation des axes cristallographiques du cristal piézoélectrique
`
`telle que selon 1a direction de propagation Ox choisie, l’onde soit purement
`transversale ou dont 1a composante transversale du vecteur déplacement 7 soit
`dominante, et telle que cette onde soit pie’zoélectriquement couple'e,
`
`— couper 1e cristal suivant un plan paralléle a la composante transversale du
`vecteur 7 déplacement et a la direction de propagation de l’onde, et
`
`25
`
`- déposer ou mieux enterrer au moyen de sillons grave’s d’épaisseur controlée
`par tous les procédés classiques relatifs aux ondes acoustiques de surface, la
`structure de filtre plan, de type peignes interdigités, SPUDT, R-SPUDT on
`résonateurs couplés acoustiquement ou électriquement, sur la face obtenue a la
`suite du découpage, de l’une des parties du cristal piézoélectrique qui a été
`
`30
`
`coupé (figure 2), et
`
`

`

`WO 01/29964
`
`- g _
`
`PCT/FR00/02727
`
`— replacer suivant les mémes orientations cristallines la deuxieme partie du
`cristal qui a été coupée sur la premiere au moyen d’une adhérence moléculaire
`
`ou de tout autre moyen d’adhérence élastique.
`
`En ce qui conceme 1a conception des filtres plans,
`celle—ci pouna étre
`grandement simplifiée en remarquant qu’en raison de la symétrie de son
`interface,
`la structure d’onde d'interface peut étre obtenue par superposition
`mathe'mafique de deux demi structures a ondes de surface transversales dont les
`constantes diélectriques seraient a a l’inte’n'eur du corps piézoélectrique et 80 = 0
`
`1O
`
`a l’extérieur du corps piézoélectn'que.
`
`A titre d’exemple pour l’onde d’interface transversale pure (SH), on peut prendre
`un matériau piézoélectrique de la classe hexagonale 6 mm dont
`l’axe
`cristallographique C est dans le plan de l’interface, perpendiculairement a la
`direction de propagation, comme 1e Titanate de Plomb et de Zirconium (PZT).
`
`Pour l’onde quaSi-transversale (Q-SH), on peut prendre des coupes suivant l'axe
`cristallographique Y (ou Y est tourné d’un certain angle par exemple 175°) du
`Niobate de Lithium (YX-LleOg) ou du Tantalate de Lithium (YX-LiTaO3), la
`propagation s’efl‘ectuant sur l’axe cristallographique X. On peut prendre aussi 1a
`coupe ST du Quartz, la propagation s’efi'ectuant sur l’axe cristallographique X
`
`(ST-X quartz).
`
`2 — L’un des deux corps est piézoélectrigue et l’autre non piézoélecttigue .
`
`Une onde acoustique d’interface purement transverse, peut exister entre deux
`mate'riaux dont l’un est non piézoélectrique de densité pr et de vitesse va et
`l’autre piézoélectn'que de densité pp et de vitesse Vp, choisi dans la classe
`cristalline des 6 mm avec l’axe cristallographique C dans le plan sz de
`l’interface, perpendiculairement a la direction de propagation Ox de l’onde
`
`(Figure 1).
`
`La vitesse V de cette onde est donne'e par :
`
`15
`
`20
`
`25
`
`30
`
`35
`
`2
`
`1/2
`
`2
`
`2
`
`ll? +£Ni£3fflj . 1——‘;—
`
`VP
`
`.0?
`
`VP
`
`VNP
`
`1/2
`
`=772
`
`(5)
`
`n2 e'tant un coefiicient de couplage piézoélectrique effectif dormé par :
`
`

`

`WO 01/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`e2
`2
`2 _
`7] = K = -——-————2
`EPPPVP
`
`(6)
`
`lorsqu’é l’interface les charges piézoe’lectriques sont court—circuitées par un film
`5 métallique infiniment mince ou par un matén'au non piézoélectrique conducteur,
`
`et par :
`
`77 =
`
`(7)
`
`lorsqu’é. l’interface les charges piézoélectriques ne sont pas court-circuitées.
`
`1O Dans ces equations, 81) et eNp sont les constantes diélectn'ques respectivement du
`corps piézoélectrique et du corps non piézoélectn'que, e = e15 est un coefficient
`du tenseur piézoe’lectrique et 1?: est le coefiicient de couplage piézoélectn'que.
`Pour determiner les conditions d’existence de ces ondes d’interface, examinons
`
`les trois termes de l’équation (5). Ces tennes doivent étre réels et positifs, la
`vitesse v est donc inférieure ou au plus égale 2‘1 la plus petite des vitesses Vp et
`va. Si v est égale 2‘1 va s Vp, 1e deuxiéme terme s’annule et lorsque v décroi’g les
`deux premiers termes augmentent. n2 doit donc étre supe’rieur au premier terme
`
`lorsque v = WP.
`
`Si la vitesse v est égale 51 v}: S m, le premier terme s’annule et lorsque v décroit
`les deux premiers termes augmentent. n2 doit done aussi étre supérieur au
`deuxiéme terme lorsque v = Vp.
`Les conditions d’existence sont donc données par
`
`le couple d’inégalités
`
`suivantes :
`
`15
`
`20
`
`25
`
`1/2
`
`2
`v
`———fl23—
`VP
`
`S 772
`
`v
`pour —N—E _<. 1
`VP
`
`2
`
`2
`
`l/ 2
`
`PP
`
`VP
`
`VIZVP
`
`VP
`
`(3)
`
`Sur la figure 3, on a tracé pour difiérentes valeurs de 112 (0,05 ; 0,1 et 0,3) les
`deux courbes va/VP en fonction de pr/pp qui déh'mitent le domaine d’existence
`
`30
`
`de ces ondes, tel que défini par les inégalités (8). On peut y remarquer que ces
`
`

`

`WO 01/29964
`
`_ 10 -
`
`PCT/FR00/02727
`
`ondes existent toujours quelque soit pr/pp, lorsque va = vp = vs. Dans ces
`
`conditions leur vitesse v est donnée par :
`
`2
`
` _ 2
`
`1/2
`
`[I :1 =————v
`VS
`[Hm]
`
`5
`
`10
`
`On peut y remarquer aussi que plus pr est petit devant pp, plus le domaine
`d’existence s’élargit a des vitesses va supérieures a Vp. Par ailleurs, plus 112 sera
`grand et plus pr sera pefit devant pp, plus les ondes seront localisées pres de
`l’interface.
`'
`
`Le coefficient de couplage 2Av/v de ces ondes peut étre aisément calcule' a parfir
`
`de la vitesse vcc lorsque l’interface est court-circuite’e, ou de la vitesse vNc
`
`lorsque l’interface n’est pas court-circuitée. Lorsque va = Vp = vs. On trouve :
`
`———=——-——=—— 1———————
`
`(10)
`
`Le coeflicient de couplage sera done d’autant plus grand que 752 sera grand, que
`pr sera inférieur :1 pp et que sup sera inférieur a SP.
`
`15
`
`Afin d’aider a la selection des couples de matériaux pouvant propager ces ondes
`
`d’interface transversales, on a indiqué dans le tableau l suivant la vitesse
`transversale v d’un certain nombre de matériaux ainsi que leur densite’ p et leur
`
`20
`
`constante diélectn'que relative a.
`
`3000-4450
`3500 - 4850
`3350 - 4400
`
`2600
`
`Tableau 1
`
`
`-—— (kg/ma) -
`6300
`3050
`
`
`-LiNbOs
`
`
`
`m 3100 - 3900
`
`2651
`
`
`
`

`

`WO 01/29964
`
`-11-
`
`PCT/FR00/02727
`
`5100
`4550 '
`-er_‘rr_ 2050
`
`Dans ce tableau, les matériaux 1 a 8 sont piézoc’lectriques et les mate'riaux 9 a 12
`
`non piézoe’lecu’iques.
`
`Pour réaliser un filtre acousfique a l’interface entre un matériau piézoe’lectrique et
`
`un matén'au non piézoélectn'que, i1 faut donc :
`
`1O
`
`15
`
`— choisir une orientation des axes cristallographiques du cristal piézoélectrique
`
`l’onde soit purement
`telle que selon 1a direction de propagation choisie,
`transversale ou dont la composante transversale du vecteur déplacement 7 soit
`
`dominante et telle que cette onde soit piézoélecuiqucment couplée,
`
`— choisir une orientation des
`
`axes
`
`cristallographiques du cristal non
`
`piézoe'lectrique telle que selon 1a direction dc propagation choisie, l’onde soit
`purement
`transversale ou dont 1a composante transversale du vecteur
`déplacemcnt 7 soit dominante et telle que cette onde ait une vitesse de
`propagation égale ou supén'eure a la vitesse des ondes transversales ou quasi-
`transversale dans le corps pie’zoélectrique,
`
`20
`
`— choisir si possible un cristal non piézoélectrique de densité inférieure a celle
`
`du cristal piézoélectn'que, ct
`
`— choisir si possible un cristal non piézoélectrique de constante diélectrique
`inférieure a celle du cristal pie'zoélectrique.
`
`Pour satisfaire les conditions d’existence d'ondes d’interface quasi-transversales,
`(Q-SH), on tourne le'gérement les cristaux l’un par rapport a l’autre autour d’un
`axe perpendiculaire a leur interface, depuis les orientations cristallines décrites.
`
`Selon une particularité de l'invention, sur la surface de l’un des matériaux, on
`dépose ou on enterre dans des sillons grave’s d’épaisseur contrélée selon les axes
`adéquats, la structure métallique du filtre plan, comme représenté sur la figure 2.
`Ensuite on adhere a cette surface l’autre matériau selon les axes adéquats au
`
`moyen de tout procédé envisageable d’adhérence e’lastique.
`
`25
`
`3O
`
`35
`
`A titre d’exemple, on peut adhércr un cristal de YAG non piézoélectrique sur un
`cristal dc Niobate de Lithium (LiNbO3) piézoélectrique ou sur un cristal de
`
`

`

`WO 01/29964
`
`- 12 _
`
`PCT/FR00/02727
`
`Tantalate de Lithium (LiTaOg) piézoélectrique, de
`coupe
`suivant
`l'axe
`cristallographique Y, 1a propagation se faisant suivant l’axe cristallographique X.
`
`Selon une autre variante du filtre selon l'invention, l’un des deux corps l, 2 est
`
`cristallin et l’autre est obtenu par un depot ou une épitaxie. Dans ces conditions,
`a la surface du matériau cristallin, on dépose on on enterre dans des sillons
`graves d’épaisseur controlée, selon les axes adéquats, la structure métallique qui
`compose le filtre plan et on dépose on on forme par e’pitaxie le second matériau
`selon les axes adéquats a la surface ainsi pre'parée du matén'au cristallin.
`
`On peut ainsi déposer du silicium amorphe (Si) non piézoélectn'que sur une
`surface ainsi préparée de Niobate de Lithium YX-LiNhOg piézoélecnique, de
`coupe Y (01‘1 Y est toumé d’lm certain angle) la propagation s’efi‘ectuant suivant
`l’axe X. On peut aussi former par épitaxie une couche de Nitrure d’Aluminium
`(AlN) pie'zoélectrique sur une surface de Saphir (A1203) non piézoélectn'que.
`
`LISTE DES REFERENCES CITEES DANS LA DESCRIPTION
`
`R. Stoneley, Proc. Roy. Soc. (London) A 106, 416 (1924)
`C. Maerfeld and P. Tournois, Appl. Phys. Lett. 19, 117 (1971)
`B. Auld, Acoustic Fields and Waves in Solids, vol. 2, pages 145-151, John
`Wiley, New York (1973)
`,
`DP. Morgan, Surface Wave Devices for Signal Processing, Elsevier, New
`York (1985)
`CS. Hartmann, P.V. Wright, RJ. Kansy and EM. Garber, An Analysis of
`SAW Interdigital Transducers with Internal Reflections
`and
`the
`Application to the Design of Single Phase Unidirectional Transducers,
`IEEE Ultrasonic Symp. Proc., p. 40-45 (1982)
`P. Ventura, M. Solal, P. Dufilue, J.M. Hodé and F. Roux, A New Concept
`in SPUDT design : the RSPUDT (Resonant SPUDT), IEEE Ultrasonic
`Symp. Proc., p. 1-6 (1994)
`LA. Coldren, R.L. Rosenberg and J.A. Rentschler, Monolithic
`Transversaly Coupled Saw Resonator Filters,
`[BEE Ultrasonic Symp.
`Proc., p. 888-893 (1977)
`PF. Cross, RF. Smith ans W.H. Haydl, Electronic Letters, vol. 11, p. 244-
`245 (may 1975)
`
`1O
`
`15
`
`20
`
`[1]
`[2]
`[3]
`
`[4]
`
`25
`
`[5]
`
`30
`
`[6]
`
`[7]
`
`35
`
`[8]
`
`

`

`WO 01/29964
`
`- 13 -
`
`PCT/FR00/02727
`
`REVENDICATIONS
`
`1. Filtre acoustique de structure plane dans lequel des ondes
`
`acoustiques se propagent sensiblement dans un plan,
`caractérisé en ce qu'il comprend deux corps solides (1, 2) dont l’un au moins est
`
`5
`
`1O
`
`15
`
`pie’zoélectn'que, ces corps étant liés l'un a l'autre de maniere a presenter une
`interface (3) plane entre eux, les ondes acoustiques étant générées par le corps
`piézoélectrique au moyen d'un champ électrique, et guidées par l’interface entre
`les deux corps solides, les corps solides étant choisis de maniere 21 ce que ces
`ondes présentant une énergie acoustique qui de’croit exponentiellement dans les
`deuir corps a partir de l’interface dans une direction (0y) perpendiculaire a
`l’interface.
`
`2. Filtre acoustique selon la revendication 1,
`caractén'sé en ce que les axes cristallographiques des matériaux constituant les
`deux corps (1, 2) sont choisis de maniére a obtenir a l'interface (3) des ondes
`acoustiques transversales (SH) on quasi-transversales (Q-SH), dont 1e vecteur
`déplacement (7) présente une seule composante qui est transversale dans le plan
`de l’interface (3) ou une composante transversale dominante, et que l’onde soit
`
`20
`
`couplée piézoélectriquement.
`
`3. Filtre acoustique selon la revendication 1 on 2,
`caractérisé en ce que les deux corps (1, 2) sont constitués par le meme matén'au
`piézoélectrique et sont de mémes orientations cn'stallines, de maniére a former un
`seul corps solide a l’intérieur duquel une structure métallique plane (9, 9', 10)
`formant le filtre, sert de guide piézoélectrique aux ondes acoustiques d’interface
`
`25.
`
`transversales (SH) ou quasi-transversales (Q-SH).
`
`30
`
`35
`
`4. Filtre acoustique selon la revendication 3,
`caractérisé en ce que les axes cristallographiques du matériau consfituant les
`deux corps solides sont choisis de maniére 51 ce que la composante transversale
`du vecteur de’placement (7) des ondes acoustiques dans le plan de l’interface (3)
`soit
`la
`seule
`composante du vecteur
`déplacement,
`le matériau étant
`piézoélectrique de la classe hexagonale 6 mm dont l’axe cn'stallographique C est
`dans le plan de l’interface, perpendiculairement a la direction (Ox) de
`propagation des ondes acoustiques.
`
`5. Filtre acoustique selon la revendication 3,
`
`

`

`WO 01/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`- 14 -
`
`caractérisé en ce que les axes cristallographiques du matériau constituant les
`
`deux corps ( 1, 2) sont choisis de maniére 51 ce que la composante transversale du
`
`vecteur déplacement (7) des ondes acoustiques dans 16 plan de l’interface (3) soit
`
`dominante, les deux corps étant obtenus en efi'ectuant une coupe suivant l'axe
`
`cristallographique Y, cet axe Y étant tourné d’un certain angle, dans du Niobate
`
`de Lithium (YX-LiNbOg) ou du Tantalate de Lithium (YX-LiTaO3), les ondes
`
`acoustiques se propageant suivant l’axe cn'stallographique X du matériau.
`
`6. Filtre acoustique selon 1a revendication 3,
`
`1O
`
`caractén'sé en ce que les axes cristallographiques du matériau constituant les
`deux corps (1, 2) sont choisis de telle sorte que la composante transversale du
`vecteur déplacement (7) des ondes acoustiques dans le plan de l’interface (3) soit
`dominante, les deux corps e’tant obtenus en efi‘ectuant des coupes suivant l'axe
`
`les ondes acoustiques
`cristallographique ST du quartz (ST-X quartz),
`propageant suivant l’axe cristallographique X du matériau.
`
`se
`
`15
`
`20
`
`25
`
`3O
`
`7. Filtre acoustique selon l'une des revendications 3 a 6,
`caracte'risé en ce qu'il est obtenu a partir d’un cristal pie’zoélectrique unique qui a
`été coupe' selon un. plan contenant
`l’axe de propagation (Ox) des ondes
`acoustiques et l’axe du Vecteur déplacement (7) transverse unique (SH) ou
`dominant (Q-SH) des ondes acoustiques d’interface transversales ou quasi-
`transversales choisies, 1a surface obtenue par la coupe de l’une des parties du
`cristal ainsi coupé comprenant des sillons gravés d’épaisseur contréle'e, dans
`lesquels est formée une structure métallique plane (9, 9', 10) de filtre, les deux
`parties coupées (1, 2) ayant e’té replacées l'ime par rapport a l'autre suivant les
`mémes orientations cristallines, et
`fixées l'une a l'autre au moyen d’une
`
`adherence élastique.
`
`8. Filtre acoustique selon 1a revendication 1 on 2,
`caractén'sé en ce que l’un (l) des corps (1, 2) est piézoélectn'que et l’autre (2) est
`non piézoélecuique, les matén'aux constituant les corps (1, 2) étant choisis de
`maniere 91 ce que la vitessc dc propagation des ondes acoustiques transversales ou
`quasi transversales dans un plan paralléle au plan d‘interface (3) dans le matériau
`non piézoe'lectrique
`soit égale ou supén'eure
`a celle dans
`le matériau
`
`35
`
`piézoe’lectrique.
`
`9. Filtre acoustique selon la revendicafion 8,
`caractérisé en ce que la constante diélectn'que et la densité du matériau non
`
`

`

`WO 01/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`_ 15 -
`
`piézoélectrique sont inférieures a la constante diélectn'que et a la densité du
`
`matéxiau piézoélectrique.
`
`10. Filtre acoustique selon la revendication 8 on 9,
`
`caractérisé en ce que pour satisfaire les conditions d’existence des ondes
`
`acousfiques d’interface (Q-SH) dont
`
`la composante transversale du vecteur
`
`déplacement (7) dans le plan de l’interface soit dominante, 1e cristal d'un des
`
`deux corps (1, 2) est tourné légérement par rapport a l’autre autour d’un axe
`
`perpendiculaire au plan de leur interface (3) depuis les orientations cristallines
`
`nécessaires pour que les ondes piézoélectriques soient purement transversales
`
`(SH) a l'interface (3) entre les deux corps (l, 2).
`
`11. Filtre acoustique selon l'une des revendications 8 a 10,
`
`caractérisé en ce que les deux corps (l, 2) sont obtenus a partir de la coupe de
`
`deux matén'aux cristallins (A, B) selon des axes cristallographiques adéquats, la
`
`surface de l’un des matériaux formant
`
`ladite interface (3) comprenant une
`
`structure métallique plane (9, 9', 10) de filtre, les deux corps étant fixés l'un a
`
`l'autre selon des axes adéquats au moyen d'un procédé d’adhe’rence élastique.
`
`12. Filtre acousfique selon l‘une des revendications 8 a 11,
`
`caractérisé en ce que le corps non piézoélectrique (2) est un cristal de YAG,
`
`tandis que le corps piézoélectrique (1) est un cristal de Niobate de Lithium (YX-
`
`LiNb03) ou un cristal de Tantalate dc Lithium (YX-LiTaO3), de coupe suivant
`
`l'axe
`
`cristallographique Y,
`
`la
`
`propagation
`
`se
`
`faisant
`
`suivant
`
`l’axe
`
`cristallographique X,
`
`les deux corps étant fixés Fun 51 l'autre selon les axes
`
`adéquats au moyen de tout procédé d’adhérence élastique.
`
`13. Filtre acoustique selon l'une des revendicafions 8 a 11,
`
`caractérisé en ce qu'il est formé par un matén'au cristalljn dont une surface
`
`comprend une structure me'taflique plane de filtre, l'autre corps étant formé sur
`
`cette surface par depot ou e’pitaxie selon les axes adéquats.
`
`14. Filtre acoustique selon la revendication 13,
`
`caractén'se’ en ce qu'il est réalisé par depot de Silicium amorphe sur une smface
`
`de Niobate de Lithium (YX-LiNb03) de coupe suivant l'axe cristallographique Y,
`
`01‘1 Y est toumé d’un certain angle,
`
`la propagation des ondes acoustiques
`
`s’effectuant suivant l’axe cristallographique X.
`
`1O
`
`15
`
`20
`
`25
`
`30
`
`35
`
`

`

`WO 01/29964
`
`l6
`
`PCT/FR00/02727
`
`15. Filtre acoustique selon la revendication 13,
`
`caractérisé en ce qu'il est
`
`réalisé par épitaxie d’une couche de Nitrure
`
`d’AluminiuIn (AIN) sur une surface de Sapth (A1203).
`
`

`

` ;\\\\\\§
`
`fiil‘_‘
`
`
`
`
`
`FIG. 2
`
`

`

`W0 (ll/29964
`
`PCT/FR00/02727
`
`
`
`

`

`INTERNATIONAL SEARCH REPORT
`
`“Inernat
`
`, ADPNCBNOR No
`
`PCT/FR 00/02727
`
`A. %LASSIFICAHW OF SUBJECT MATTER
`IPC
`H03H9/02
`H03H9/64
`
`According to international Patent Classification (IPC) or to both national classitlcatlon and IPC
`B. FIELDS SEARCHED
`Minimum documentation searched (classification system lollowed by classification symbols)
`IPC 7
`H03H
`
`Documentation searched otherthan minimum documentation to the extent that such documents are included in the iields searched
`
`Electronic data base consulted during the international search (name at data base and. where practical. search terms used)
`
`EPO—Internai
`
`C. DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
`
`Category”
`
`Citation of document. with Indication. where appropriate. ot the relevant passages
`
`Relevant to claim No.
`
`FR 2 145 750 A (THOMSON CSF)
`23 February 1973 (1973--02--23)
`the whole document
`
`"A RIGOROUS
`w. J. GHIJSEN ET AL:
`COMPUTATIONAL TECHNIQUE FOR THE
`ACOUSTO——ELECTRIC FIELD PROBLEM IN SAN
`DEVICES"
`IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS
`FERROELECTRICS AND FREQUENC