Brevet FR2135623A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne les dispositifs à ondes acoustiques de surface et d'interface. L'expression "ondes acoustiques de surface" utilisée dans le présent mémoire comprend à la fois les ondes acoustiques de surface et celles d'interface. On a proposé des dispositifs à ondes acoustiques de surface pour nombre d'applications électroniques croissant, et les filtres et les lignes à retard à ondes acoustiques de surface auront probablement d'importantes applications dans l'avenir. De tels dispositifs comprennent habituellement un transducteur destiné à lancer des ondes acoustiques de surface dans une piste prédéterminée (qui doit être disposée à une surface ou une interface d'une matière capable de propager des ondes acoustiques de surface, mais qui ne doit pas avoir une configuration ou des limites particulières) et un autre trans docteur au moins, destiné à la détection des ondes acoustiques de surface et à la création de signaux électriques après réception des ondes acoustiques de surface.Les transducteurs habituellement utilisés comprennent des électrodes en forme de peignes à dents alternées. Si de telles électrodes sont déposées sur une matière piézo-électrique, l'application de signaux électriques alternatifs de fréquence convenable aux électrodes tend à assurer la propagation d'une onde acoustique de surface perpendiculaire aux dents alternées des électrodes en forme de peignes. Inversement, le passage d'une onde acoustique de surface perpendiculaire aux dents induit un signal électrique alternatif correspondant entre 1 électrodes. On sait que de tels transducteurs peuvent fonctionner efficacement sur une matière d'électrostriction, si un champ électrique de polarisation est appliqué à la matière qui se trouve sous les transducteurs. Ceux-ci peuvent être réalisés de manière à assurer des effets de filtrage. On sait mulon peut amplifier des ondes acoustiques de surface à l'aide de dispositifs dans lesquels un courant de déplacement d'électrons est établi dans une matière semi-conductrice, très près du trajet des ondes acoustiques de surface et parallèlement à ce trajet, si la vitesse de déplacement de ces électrons dans le semi-conducteur est supérieure à celle de l'onde acoustique de surface.On a obtenu initialement cette amplification avec une matière semi-conductrice disposée très près d'une piste d'ondes acoustiques de surface, mais non à son contact ; cependant, on a constaté que la matière semi-conductrice doit être à une distance de l'ordre de quelques centaines d?angstrbms au maximum de la piste, mais les contacts aléatoires indésirables entre le semi-conducteur et la piste interfèrent avec la propagation des ondes acoustiques si bien que le dispositif est défectueux. Ainsi, la disposition connue nécessite des. tolérances très serrées sur la planéitCdu semi-conducteur et de la piste des ondes acoustiques, ainsi que sur leur ensemble.La tension totale nécessaire pour le maintien de la vitesse nécessaire de déplacement des électrons sur un tronçon voulu de semi-conducteur est aussi très élevée de façon indésirable dans certaines applications. Pour résoudre ce problème, ôn doit diviser la longueur voulue de la matière semi-conductrice en sections, en appliquant une tension relativement faible à chacune des sections cependant, comme les connexions avec les sections individuelles prennent nécessairement de j1 espace, il faut une piste de dimension accrue, et la planéité qu'il est déjà difficile d'obtenir est alors nécessaire sur une surface accrue de la matière de propagation des ondes acoustiques. L'invention concerne des variantes d'amplificateurs d'ondes acoustiques de surface, dont la réalisation est moins difficile que celle des dispositifs de la technique antérieure. Plus précisément, l'invention concerne un amplificateur d'ondes acoustiques de surface comprenant une matière capable de propager des ondes acoustiques à une surface de la matière, un coupleur des ondes acoustiques qui comprend plusieurs conducteurs filamentaires distants sur ladite surface et destinés à provoquer l'interaction des ondes acoustiques de la surface avec des signaux électriques induits dans les conducteurs filamentaires, et une matière semi-conductrice très proche des conducteurs filamentaires mais non isolée dleux au point de vue électrSque, si bien que, lors du déplacement d'un électron à une vitesse supérieure à celle des ondes acoustiques, dans la matière semi-conductrice et en travers de la direction des conducteurs filamentaires, les ondes acoustiques de surface se propageant perpendiculairement au conducteur filamentaire sont amplifiées. L'utilisation dlun coupleur d'ondes acoustiques tel que décrit précédemment permet la séparation du semi-conducteur de l'amplificateur et de la piste d'ondes acoustiques, si bien que la réalisation de tels dispositifs est relativement facile. La matière de la piste, dans laquelle se propagent les ondes acoustiques, peut être piézo-électrique, et dans ce cas le coupleur comprend simplement les conducteurs électriques filamentaires placés sur la piste en direction perpendiculaire à celle des ondes acoustiques de surface et sur une autre partie de l'amplificateur, qui porte la matière semi-conductrice. Les conducteurs filamentaires ne nécessitent pas d'inte-rcon- nexions électriques. Dans une variante, la matière peut être une matière d'électrostriction et dans ce cas le coupleur peut aussi comprendre un dispositif d'application d'un champ électrique de polarisation dans la matière de la piste, sous les conducteurs filamentaires. La demande de brevet britannique no 5732/70 décrit des dispositifs à matière à électrostriction utilisés de manière analogue. Dans une variante, le coupleur met en oeuvre l'effet électromoteur. Dans ce cas, les conducteurs filamentaires sont reliés à leurs extrémités de manière à former des circuits fermés et un dispositif assure le maintien d1un champ magnétique perpendiculaire aux conducteurs filamentaires sur la région de la piste où l'interaction est nécessaire. Dans une autre variante, le coupleur peut mettre en oeuvre l'effet de magnétostriction. Dans ce cas, la matière doit être une matière de magnétostriction qui n'assure pas le court-circuit des signaux électriques induits dans les conducteurs filamentaires, ceux-ci étant reliés à leurs extrémités de manière à former des circuits fermés et un dispositif applique un champ magnétique de polarisation à la matière dans la piste disposée sous les conducteurs filamentaires. Le dispositif peut & re réalisé à la surface d'un morceau de matière convenable, sous forme d'une fine couche de matière convenable déposée sur un substrat ou sur un substrat capable de propager des ondes acoustiques et portant une fine couche de matière convenable pour ltobtention du couplage voulu, déposée sur le substrat uniquement dans la région où le couplage est nécessaire. Le dispositif peut eAtre revêtu d'une couche de matière protectrice, recouvrant la surface sur laquelle sont déposés les conducteurs. On doit prendre soin d'éviter d'utiliser une matière protectrice qui pourrait provoquer un amortissement excessif des ondes acoustiques de surface. Les conducteurs filamentaires du coupleur peuvent être séparés par des distances égales, par des distances qui varient de façon monotone ou par des distances qui varient de façon régulière quelconque ou aléatoire. Cependant, l'espacement maximal d'une perte quelconque de conducteurs filamentaires adjacents doit être inférieure à une demi-longueur d'onde à la fréquence la plus élevée des ondes acoustiques de surface qui doivent être amplifiées, dans la matière de la piste. Le coupleur le plus simple et celui qu'on préfère est piézo-électrique. La description et les explications du présent mémoire sont données en référence à des modes de réalisation ayant un couplage piézo-électrique, c'est-à-dire comprenant au moins une couche de matière piézo-électrique ou uneatière massive piézo-électrique disposée au-dessus ou au-dessous de la région où le couplage électro-acoustiqueWest nécessaire, sauf lorsqu'on se réfère plus précisément à un autre mode de couplage. Cependant, il faut noter que dans la plupart des cas, on peut réaliser des structures correspondantes en utilisant les variantes citées de couplage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 à 4 sont des vues en plan de divers amplificateurs d'ondes acoustiques de surface la figure 5 est une vue en plan et la figure 6 une coupe d'une variante d'amplificateur d'ondes acoustiques de surface ; et les figures 7 et 8 sont des vues en plan de variantes de l'amplificateur d'ondes acoustiques de surface de la figure 5. La figure 1 est une vue en plan d'un amplificateur d'ondes acoustiques de surface. Deux transducteurs 135 et 137 en forme de peignes à dents alternées sont déposés parallèlement l'un à l'autre aux deux extrémités d'un substrat piézoélectrique 139. Une masse de matière semi-conductrice 141 est maintenue à proximité du substrat 139 (par exemple par montage sur une base commune non représentée), de manière que les faces supérieures de la matière 141 et du substrat 139 soient coplanaires. La face supérieure du semi-conducteur 141 est revêtue d'une très fine couche de matière isolante de l'électricité.Un coupleur 143 à plusieurs bandes, comprenant plusieurs conducteurs filamentaires distants, parallèles aux transducteurs 135 et 137 (perpendiculaires à la direction de propagation des ondes acoustiques lancées par le transducteur 135 et reçues par le transducteur 137) est réalisé sur le substrat 139 et sur la couche isolante de la matière semi-conductrice 141. Les extrémités de la matière 141 sont reliées à une source de tension schematiquement représentée en 145. Les transducteurs 135/et 137 ont des connexions électriques classiques non représentées reliées à des circuits externes, mais les conducteurs filamentaires du coupleur 143 ne nécessitent aucune connexion externe et ils doivent être isolés électriquement les uns des autres.Il faut noter que la figure 1 et les autres représentations en plan sont schématiques, car elles ne cherchent pas à représenter la largeur réelle de chaque conducteur filamentaire ni le nombre de conducteurs avec précision. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Des ondes acoustiques de surface lancées dans le substrat 139 par le transducteur 135 provoquent ltétablissement de champs électriques entre les conducteurs adjacents du coupleur 143, si bien que ces champs sont transférés à la masse semi-conductrice 141. Les champs modifient le déplacement d'électrons dans la matière 141. Lorsque la vitesse de déplacement des électrons dans le semi-conducteur est supérieure à la vitesse des ondes acoustiques, de l'énergie est transférée aux ondes acoustiques qui sont alors amplifiées. Les ondes amplifiées sont recueillies par le transducteur 137 ou utilisées d'une autre manière. Cette disposition présente l'avantage de permettre des tolérances sur la planéité et sur l'alignement relatif des parties 139 et 141 qui sont relativement faciles à satisfaire. Les procédés classiques de formation de conducteurs filamen tares assurent que ces conducteurs sont suffisamment proches de la matière piézo-électrique 139 et de la matière semi-conductrice 141 pour que l'interaction voulue ait lieu, sans création de problèmes véritablement difficiles de montage. De plus, la totalité de l'ensemble est facile à inspecter après montage. Comme dans le cas des amplificateurs classiques d'ondes acoustiques de surface, on peut utiliser la technique de segmentation pour réduire la tension nécessaire pour l'excitation. Cependant, grâce à la mise en oeuvre de l'invention, on peut disposer des segments voisins du semi-conducteur de part et d'autre de la piste des ondes acoustiques de surface, si bien qu'il n'en résulte pas un allongement du dispositif ; la figure 2 représente un amplificateur dans lequel la matière semi-conductrice est disposée dans quatre parties, 141 a, 141b, 141c et 141d, reliées à des sources séparées de tensions. Un quart des conducteurs 143 du coupleur est disposé-sur chacune des sections de la masse semi-conductrice. La figure 3 est une vue en plan d'une variante d'amplificateur ondes acoustiques de surface. Un substrat 147 de matière, qui n'est pas piézo-électrique mais qui propage les ondes acoustiques de surface, porte un dépôt d'un patin 149 de lancement comprenant une couche piézo-électrique 151 sur laquelle est déposé un transducteur 153 en forme de peignes à dents alternées, ainsi'qu'un patin récepteur 155, disposé en face du patin 149 et formé d'une couche piézo-électrique 157 sur laquelle est déposé un transducteur 159 en forme de peignes à dents alternées. Entre les deux patins 149 et 155 est déposée une couche piézo-électrique supplémentaire 161. Une couche semi-conductrice 163 est déposée à proximité de la couche 161, mais non sur la piste placée entre les patins 149 et 155. La couche 163 est recouverte d'une très fine couche de matière isolante de l'électricité. Un ensemble 165 à plusieurs bandes est déposé sur les couches piézo-électrique 161 et semi-conductrice 163. Une source 167 de tension est montée aux extrémités de la couche 163 de manière qu'elle provoque un déplacement d'électrons dans la couche, parallèlement à la direction de propagation des ondes acoustiques dans le substrat 147. Ce dernier peut etre en saphir, les couches 151, 157 et 161 étant en nitrure d'aluminium et la couche 163 en silicium. Cet amplificateur-fonctionne comme celui de la figure 1, mais comme le substrat 147 n1 est pas piézo-électrique, les interactions électro-acoustiques ne peuvent avoir lieu que dans les régions recouvertes par les couches 151, 157 et 161 danstes parties nécessaires, et en conséquence des effets parasites peuvent être évités. L'une des couches 161 et 163 au moins peut castre déposée sur les conducteurs 165 au lieu d'être disposée sous eux, et dans ce cas la très fine couche isolante doit être formée entre les conducteurs 165 et la couche 163. La figure 4 représente une variante dans laquelle la matière semi-conductrice 209 est disposée sur une très fine couche isolante de l'électricité, au-dessus des conducteurs d'un coupleur 207 à plusieurs bandes, directement au-dessus du trajet des ondes acoustiques de surface lancées par un transducteur 201 vers un transducteur 203. Cette disposition ne donne pas évidemment les avantages cités précédemment des amplificateurs des figures 1 et 2. La demande de brevet britannique no 13 125/71 déposée par la Demanderesse décrit comment un coupleur à plusieurs bandes tel que les ensembles 143 et 165 peut transférer de l'énergie d'une onde acoustique de surface dans une partie d'un substrat de manière à former une autre onde acoustique dans une autre partie du substrat recoupée elle aussi par les conducteurs du coupleur. Lorsque les parties du coupleur ne sont nécessaires que pour le couplage des ondes acoustiques à un semi-conducteur pour l'obtention d'amplification, il est souhaitable que ces parties ne puissent dissiper de l'énergie ni créer des signaux parasites par lancement d'ondes acoustiques indésirables.Une solution consiste à adopter un dispositif tel que représenté sur les figures 1, 2 ou 3, c'est-àdire ne comportant de matière piézo-électrique qu'aux emplacements où les interactions électro-acoustiques sont nécessaires. Cependant, il peut etre commode de monter la partie semiconductrice d'un amplificateur sur un substrat piézo-électrique, et dans ce cas on peut utiliser diverses autres techniques pour empêcher le lancement d'ondes acoustiques indésirables dans les parties du substrat qui se trouvent sous la matière semi-conductrice. Un procédé commode d'isolement des parties du coupleur qui se trouvent sous le semi-conducteur consiste à utiliser un patin de matière convenable, de préférence ayant une constante diélectrique relativement faible, par exemple de la silice. Les figures 5 et 6 illustrent ce cas. La figure 5 est une vue en plan et la figure 6 une coupe d'une variante d'amplificateur selon l'invention. Deux transducteurs 169 et 171 en forme de peignes à dents alternées sont déposés parallèlement l'un à l'autre aux deux extrémités d'une piste A d'ondes acoustiques de surface sur un substrat piézo-électrique 173. Un patin 175 de silice est déposé sur le substrat 173 à proximité de la piste A. Un ensemble de couplage 177 à-plusieurs bandes est déposé transversalement à la piste A et recouvre le patin 175 de silice. Une matière semi-conductrice 179 portant une très fine couche isolante sur sa face inférieure, est montée sur le coupleur 177 et une source de tension 181 est montée aux bornes du corps 179 de manière que les électrons se déplacent parallèlement à la direction des ondes acoustiques dans la piste A. Les ondes acoustiques lancées dans la piste A par le transducteur 169 provoquent l'établissement de champs électriques entre les conducteurs du c.oupleur 177. Le déplacement d'électrons dans le semi-conducteur 179 transfère de l'énergie aux champs électriques des conducteurs du coupleur et assure l'amplification des ondes acoustiques qui se déplacent dans la piste A. Cependant, le patin 175 de silice sépare suffisamment les conducteurs 177 de la partie du substrat piézoélectrique qui se trouve sous le patin 175 pour toute interaction électro-acoustique directe entre eux dans cette région. Si la matière semi-conductrice elle-même est mise à la place d'un patin de silice, c'est-à-dire entre le substrat piézo-électrique et les conducteurs du coupleur, elle doit avoir un effet d'écran ainsi que de séparation et doit en conséquence empecher efficacement toute interaction électroacoustique directe dans la région recouverte par le semi-conducteur. MeAme si le semi-conducteur 179 est monté-comme représenté sur les figures 5 et 6, le patin 175 étant omis, si bien que les conducteurs du coupleur ne sont pas isolés du substrat piézo-électrique, la matière semi-conductrice peut être choisie judicieusement et polarisée de manière à avoir un effet de charge qui empêche le déplacement d'ondes acoustiques de surface dans la matière piézo-électrique placée juste audessous d'elles, en agissant cependant de manière voulue comme décrit précédemment pour l'amplification des ondes acoustiques de surface propagées dans la piste A. Cette disposition est représentée sur la figure 7. Si le semi-conducteur 179 est dans son état non conducteur, assuré par une polarisation convenable, une partie de l'énergie des ondes acoustiques est transférée au transducteur supplémentaire 183. Une autre technique d'inhibition de l'interaction électro-acoustique indésirable sous le semi-conducteur consiste simplement à réaliser le semi-conducteur 179 en lui donnant une largeur très inférieure à celle de la piste A. Un coupleur tel que le coupleur 177 transfère de façon peu efficace une partie limitée de l'énergie disponible dans les ondes acoustiques de surface dans une piste A à une piste voisine très étroite. Ainsi, le dispositif d-e la figure 8 limite au moins l'importance de l'interaction indésirable possible, et évidemment on peut la mettre en oeuvre en combinaison avec les techniques de séparation et de réglage de la charge, décrites en référence aux figures 5 et 7. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et quton pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Amplificateur d'ondes acoustiques de surface, caractérisé en ce qu'il comprend une surface d'une matière élastique capable de propager des ondes acoustiques sur cette surface, un coupleur d'ondes acoustiques de surface qui comprend au moins plusieurs conducteurs filamentaires distants formés sur la surface de manière à provoquer l'interaction des ondes acoustiques propagées le long de la surface, en travers des conducteurs filamentaires et des signaux électriques induits dans les conducteurs, et une matière semi-conductrice montée à proximité des conducteurs filamentaires, mais isolée électriquement d'eux, si bien que, lors d'un déplacement d'électrons à une vitesse supérieure à celle des ondes acoustiques, il se crèe dans la matière semi-conductrice perpendiculairement à la direction des conducteurs filamentaires, les ondes acoustiques se propageant le long de ladite surface perpendiculairement aux conducteurs filamentaires sont amplifiées. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière élastiqueest piézo-électrique. 3. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière élastique est une matière d'électrostriction, le coupleur comprenant aussi un dispositif appliquant un champ électrique de polarisation à la matière élastique aux emplacements où i'interaction est nécessaire. 4. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs filamentaires sont reliés de manière à former plusieurs boucles fermées, le coupleur comprenant un dispositif destiné à maintenir un champ magnétique perpendiculaire auDy/conducteurstilamelltaires sur une région où l'interaction est nécessaire. 5. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière élastique est une matière magnétostric- tion qui n'assure pas la mise en court-circuit des signaux électriques, les conducteurs filamentaires étant reliés de manière à former plusieurs boucles fermées, le coupleur comprenant de plus un dispositif destiné à appliquer un champ magnétique de polarisation de la matière élastique dans une région où l'interaction est nécessaire. 6. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé sur un substrat non piézo-électrique capable de propager des ondes acoustiques de surface et portant un dépôt dedite matière élastique sur une région où l'interaction est nécessaire. 7. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice est disposée à proximité de la matière élastique et a une surface pratiquement coplanaire à celle de la matière élastique dans laquelle se propagent les ondes acoustiques de surface, les conducteurs filamentaires coupleur étant réalisés sur les deux surfaces. 8. Amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs régions de matière semi-conductrice adjacentes à la matière élastique, disposées de manière alternée de part et d'autre de la matière élastique et ayant chacune un coupleur comprenant des conducteurs filamentaires disposés sur la matière élastique de manière à agir sur les ondes acoustiques de surface qui s'y propagent et disposés sur la matière semi-conductrice tout en étant isolé d'elle, un dispositif assurant un déplacement d'électrons perpendiculairement aux conducteurs filamentaires dans chaque région de matière semi-conductrice, avec une vitesse d'électrons supérieure à celle des ondes acoustiques. 9. Amplificateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est formé sur un substrat en saphir portant une couche de nitrure dsaluminium piézo-électrique elle-même mise au-dessus ou au-dessous d'une partie 'du coupleur dans la piste des ondes acoustiques de surface, la matière semi-conductrice étant une couche de silicium formée sur le saphir au-dessus ou au-dessous d'une partie du coupleur et à proximité de la piste des ondes acoustiques. 10. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fine couche de matière isolante de l'électricité est disposé sur les conducteurs filamentaires, la matière semi-conductrice constituant une fine couche placée sur ladite fine couche de matière isolante. 11. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties du coupleur qui ne sont pas au-dessus de la piste des ondes acoustiques à amplifier sont disposées sur une couche de matière non piézo-électrique ayant une constante diélectrique relativement faible. 12. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste des ondes acoustiques de surface à amplifier est disposée sur plus de la moitié de la surface du coupleur.