Investigation des caractéristiques des composants BAW par acoustique picoseconde colorée
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Date
2018
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Abstract
L’acoustique picoseconde colorée, (CPA : Colored Picosecond Acoustics) basée sur l’utilisation
d’une source laser impulsionnel de longueur d'onde, λp, est une technique adaptée à la
caractérisation des résonateurs à ondes acoustiques de volume (BAW : Bulk Acoustic Waves).
Ces composants sont constitués deux électrodes métalliques de part et d’autre d’une couche
piézoélectrique (souvent en AlN, ZnO ou PZT). Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés
à la détermination des caractéristiques et paramètres de plusieurs matériaux piézoélectriques
(AlN, ZnO, PZT, Quartz, PVDF, Al2O3, SrTiO3, PbTiO3, LiNbO3, GaN, KNbO3, LiTaO3, GeO2,
BiFeO3) via l’acoustique picoseconde colorée. Ces paramètres concernent la vitesse
longitudinale, vL, la constante élastique de raideur, C
D
33, pertes mécaniques intrinsèques, tan, le
coefficient de couplage électromécanique, k2
t
, la constante piézoélectrique, e2
33, et la permittivité
diélectrique, ε
s
33. Pour ce faire, nous avons développé un logiciel de simulation faisant
intervenir les équations de la piézoélectricité ainsi que les relations données par la CPA. Ainsi,
on a quantifié l’effet du rapport entre p et la période des oscillations de Brillouin, T, pour
trouver que C
D
33(GPa) = 0.01p/T - 66. Cependant, pour l’impédance acoustique on a déduit :
Zl( ) = 73.33exp(p/1.4x104
) + 46.55. Des relations nouvelles ont été ensuite déduites pour
la constante de raideur et le coefficient de couplage électromécanique. De plus, on a déterminé
les différents paramètres (densité, , indice de réfraction, n, et vL) des couches piézoélectriques,
aven un bon accord avec la littérature. Par ailleurs, les conditions optimales pour le choix des
paramètres des résonateurs BAW ont été déterminées 300 GPa < CD
33 < 500 GPa et 1.7 GPa <
e
2
33/ε
s
33 < 28.5 GPa avec p/T> 37 103 m/s. Enfin, pour l’AlN, on a mis en évidence les effets de
la température sur les rapports e
2
33/
s
33 et e2
33/CD
33
s
33 ainsi que les effets des angles d’incidence
sur les paramètres e
2
33 ,
s
33 et k
2
t pour deux valeurs différentes de la longueur d’onde de la sonde.