Les dispositifs SAW, dont le principe est basé sur la propagation des ondes acoustiques de surface, enregistrent une forte évolution grâce à la grande variété de leurs domaines d'applications: filtre et résonateurs pour les systèmes de télécommunications et capteurs sans fil pour la mesure à distance. Les caractéristiques des SAWs dépendent principalement de la géométrie des transducteurs interdigités (IDT), du matériau piézoélectrique et de la nature du substrat utilisés. En effet, la fréquence de fonctionnement du dispositif ( ) est le rapport de la vitesse de propagation des ondes dans le matériau v par la longueur d'onde l déterminée par l'espacement entre deux doigts adjacents de l'IDT. Un choix judicieux de la géométrie de l'IDT et des propriétés des matériaux composant le SAW permet d'obtenir les caractéristiques du dispositif souhaitées (fréquence centrale, bande passante, réjection, temps de retard …).

La nouvelle thématique développée au sein de notre laboratoire, axée sur la réalisation et la caractérisation des dispositifs SAW, vise 2 applications principales: - la réalisation de filtres SAW à base de diamant CVD fonctionnant à des fréquences très élevées. - la réalisation de capteurs sans fils à base de dispositifs SAW.

Dispositifs SAW à base de diamant

Motivation

L'évolution des Télécommunications impose la réduction de la taille des dispositifs en liaison avec un fonctionnement à des fréquences très élevées et ceci afin de bénéficier de bandes passantes plus larges nécessaires pour répondre aux besoins des nouvelles applications de plus en plus gourmandes en débit. La montée en fréquence est aussi un atout pour l'application capteur puisqu'elle permet d'améliorer la sensibilité

En se référant à la relation , il est évident que l'augmentation de la fréquence peut être obtenue soit par la réduction des dimensions du transducteur, et par conséquence de l, ou par l'augmentation de v. La réduction de l constitue un défi technologique et les limitations sont dues à la résolution des machines de lithographie et de gravure et aux coûts d'investissement.

Le diamant CVD vues ses propriétés exceptionnelles assure la meilleure vitesse de propagation des ondes acoustiques. Sa combinaison avec un matériau piézoélectrique bien approprié permet d'atteindre des fréquences inégalables. Ceci fait des SAW l'une des applications les plus attractives du diamant CVD.

Travaux réalisés

La thématique SAW est toute récente dans notre laboratoire, elle a démarré il y a maintenant 2 ans. L'un de nos point fort est de disposer sur place de tous les maillons nécessaires pour la réalisation du dispositif SAW, 2 réacteurs CVD pour la croissance du diamant, un banc de pulvérisation réactive pour le dépôt des couches piézoélectriques, une technologie de photolithographie pour la réalisation des IDTs et tous les outils de caractérisation nécessaires pour qualifier le matériau et le dispositif.

La première étape de nos travaux visait la réalisation de dispositifs SAW sur des matériaux piézoélectriques conventionnels tel que le quartz et ceci afin de maîtriser les procédés technologiques. Une fois cette étape franchie, nous avons commencé nos travaux sur la réalisation de dispositifs SAW à base de structures multicouche. L'objectif visé est l'obtention de SAW fonctionnel avec une structure AlN/Diamant. L'aboutissement d'une telle réalisation constituerait une première mondiale puisque la seule équipe ayant réalisé un dispositif SAW à base de diamant utilise le monoxyde de zinc (ZnO) comme matériau piézoélectrique. Toutes les études préliminaires montrent que le nitrure d'aluminium (AlN) présente des avantages certains par rapport au ZnO tels qu'une vitesse de propagation des ondes de surface deux fois plus élevée, une plus grande résistivité ce qui permet d'assurer une meilleure isolation électrique entre les doigts des transducteurs et un meilleur accord de maille avec le diamant.

Après une optimisation des paramètres de dépôt, nous avons réussit à déposer des films d'AlN, avec une structure hexagonale wurtzite piézoélectrique sur des substrat de silicium. La structure AlN/Si réalisée présente une vitesse de 5004,8 m/s et une résistivité r > 1013 W.cm. Le même dépôt fait sur un substrat de saphir permet d'obtenir une vitesse de 5536 m/s. Ces données expérimentales confirment une étude théorique basée sur le formalisme de Green que nous avons mené. La même étude théorique prévoie pour une structure AlN/Diamant une vitesse de son supérieure à 11000m/s.

Travaux en cours

Les travaux réalisés sur des substrats silicium et saphir sont en cours de transposition sur diamant CVD. L'un des problèmes principaux auquel nous sommes confrontés est la rugosité de surface du diamant [2]. La solution qui consiste à polir la surface du diamant déposé, nécessite la réalisation d'une couche de diamant très épaisse ce qui représente un frein économique pour le développement des dispositifs SAW à base de diamant. Actuellement, nos recherches se focalisent, entre autre, sur l'optimisation des conditions de dépôt pour la réalisation de films de diamant présentant une faible rugosité (rms < 10 nm).