Brevet FR2312861A1 — publié le 19761224

La présente invention a pour objet un résonateur piézoélectrique mince. Ce résonateur est constitué d'une lame de matériau piézo-électrique à faces parallèles, ces faces étant munies d'électrodes à partir desquelles il est possible d'exciter, à l'aide d'une source de signaux électriques appropriée, une vibration selon une direction perpendiculaire aux faces de ladite lame, le mode de vibration pouvant être longitudinal ou transversal. Des résonateurs comportant une lame piézo-électrique mince déposée sur un support sont bien connus dans la technique, par exemple D.J. Page : A Cadmium Sulfide - Silicon Composite Resonator, Pr. of the IEEE, Octobre 1968 ; T.R.Slikes, D.A.Roberts : A Thin Film CdS-Quartz Composite Resonator, J.A.P. N 38 - Avril 1967. Ces résonateurs présentent l'inconvénient de faire participer le support à la vibration; ils fonctionnent donc en réalité sur un Partiel et non sur le fondamental du volume vibrant. De plus, ils nécessitent l'emploi de supports usinés et polis avec un soin particulier, ce qui rend leur cott élevé d'autant (les deux faces doivent ttre polies et parallèles aussi parfaitement que possible, de façon à minimiser les pertes du résonateur). On connatt aussi des résonateurs comportant une lame piézoélectrique mince portée par un support évidé (Thomson-CSF Laboratoire Central de recherches, marché DROME 72.34.414). Ces résonateurs sont réalisés à partir d'un cristal épais de matériau piézo-électrique taillé, poli, collé sur un support évidé par des procédés connus, puis aminci sur place par des moyens mécaniques d'abord, puis chimiques ensuite jusqutà l'épaisseur désirée. Ces résonateurs présentent l'inconvénient de présenter de grandes difficultés de réalisation quand on veut obtenir fes épaisseurs de lame de l'ordre de 10 microns ou moins. Par ailleurs, plus leur épaisseur est faible (fréquence élevée), plus leur qualité est mauvaise. Les résonateurs déposés sur un support également évidé qui font ltobjet de la présente invention présentent l'avantage, de par leur mode de fabrication 1~) d'être réalisables sur des supports ayant subi une préparation rudimentaire (douci) 20) d'être réalisables en épaisseurs aussi faibles que 1 micron (fréquence > 1 GHz), par exemple, et ce avec des qualités satisfaisantes. Le résonateur selon l'invention est donc un dispositif piézo électrique à résonance d'épaisseur, associé à un support évidé de manière à ne pas être en contact avec les zones vibrantes du dispositif, caractérisé par le fait que le matériau piézoélectrique est formé par une méthode de croissance cristalline sur un film mince tendu par dessus les zones évidées du support, à l'aide d'un procédé faisant partie de l'invention. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés, dans lesquels - la Fig. 1 représente un résonateur piézo-électrique selon l'invention - la Fig. 2 représente un mode de fabrication du film mince tendu sur le support ou substrat du résonateur. Sur la Fig. 1, un support ou substrat 1 comporte un évidement ou trou 2 cylindrique ayant, par exemple, un diamètre de l'ordre de 1 mm. Ce support a des caractéristiques choisies selon des critères liés à l'utilisation du résonateur correspondant. C'est par exemple une plaquette de silicium, si le résonateur doit faire partie d'un circuit intégré. D'autres matériaux peu- vant convenir pour la fabrication de ce support sont la silice, le verre, la céramique. Il peut être avantageux, mais pas forcément nécessaire, que la surface destinée à recevoir les autres couches du résonateur soit planée et doucie ou polie. Un film mince 3 est tendu par dessus le trou 2. il peut être formé et déposé de la façon suivante. On prépare une solution à 3 % d'un polymère soluble, par exemple du polymère connu sous le nom de "Formvar" (marque déposée) dans du dichloro-1 ,2 éthane. On verse cette solution sur une plaque de verre très lisse et bien polie et l'on égoutte de façon à former sur le verre un film de Formvar. Ladite plaque de verre peut être, dans certains cas, préalablement enduite d'une couche très mince, de quelques centaines d'Angstroms d'épaisseur, de Teepol. Une autre méthode d'enduction de la plaque consiste à placer la plaque sur une tournette à enduire, verser une solution de Formvar plus concentrée (10 #), puis égoutter en faisant tourner la tournette à 3000 tours par minute. La Fig. 2 montre ensuite comment on opère pour décoller ce film du Formvar et l'appliquer sur le support 1. La plaque de verre 9 surmontée du film 3 est introduite obliquement dans un récipient ou cristallisoir 8 contenant de l'eau 10. Le film 3 se décolle au fur et à mesure de l'avancement de la plaque de verre 9 et vient flotter à la surface de l'eau. Le support évidé 1 du résonateur est placé dans l'eau sous le film , puis soulevé jusqu'à venir en contact avec le film et enfin sortir de l'eau. A ce moment, le film adhère au support et il est et reste tendu sur ce support. Le film adhérant au support est alors séché à l'aide d'une source de rayonnement infra-rouge. On obtient ainsi un film polymérisé, de quelques milliers d'Angstroms d'épaisseur, adhérant solidement au support et tendu comme une peau de tambour par dessus le trou 2. Sur ce film est déposée une couche 4 de matériau isolant et solide, par exemple SiO évaporé sous vide. Son épaisseur peut être par exemple de 5000 t. L'ensemble des couches 3 et 4 résiste à des températures supérieures à 200in. Ensuite, une électrode 5, de contour convenable, est déposée, par exemple une couche de 1000 t d'or déposée par évaporation sous vide. Le contour est réalisé soit par masquage lors du dépôt, soit par photo lithogravure. Puis, une couche de matériau piézo-électrique 6 est déposée sur le film isolant. Ce matériau est, par exemple, CdS ou ZnO déposé sous vide par évaporation ou par pulvérisation cathodique. Lrépaisseur du dépôt est choisie en fonction de la fréquence de fonctionnement désirée. il est préférable, ainsi qu'il est indiqué sur la Fig. 1, de choisir des dimensions de la couche pléz#-électrique qui soient inférieures à la dimension du trou. En effet, le dépôt de cette couche se fait à une température différente de la température ambiante (200in par exemple pour le CdS). Dans la phase de refroidissement, les contractions différentes du support et de la couche piézo-électrique produisen#t des contraintes qui sont réparties dans le film support. On évite ainsi que le dispositif ne se brise au refroidissement. Enfin, une électrode 7 en or, par exemple, est déposée de façon similaire à 11 électrode 5. Les électrodes 5 et 7 peuvent avoir chacune la forme d'un ruban, les deux rubans se croisant dans la zone où est déposée la couche piézo-électrique. Dans certains cas, on peut améliorer les performances du dispositif en dissolvant la partie du film polymère 3 qui se trouve sous la zone vibrante. Pour cela, on plonge le dispositif dans un bain de dichioro-éthafle pendant un temps convenable. Seule la partie découverte par le trou du support est éliminée, le reste étant protégé par le film de 510. Le résonateur ainsi obtenu peut être utilisé pour synchroniser un oscillateur à très haute fréquence, de 100 MHz jusqu'à 1 GHz et plus. Certaines configùrations permettent de réaliser l'oscillateur complet sur un support unique de matériau semi-conducteur. De tels resonateurs peuvent aussi être utilisés pour constituer des filtres, soit en assemblant plusieurs résonateurs, déposés sur un même support ou sur plusieurs supports différents, soit en utilisant une lame unique munie de plusieurs électrodes convenablement disposées selon la technique employée à des fréquences plus basses dans les filtres dits monolithiques. -REV#NDICATIONS- 1 - Dispositif piézo-électrique à résonance d'épaisseur, associé à un support évidé de manière à ne pas être en contact avec les zones vibrantes du dispositif, caractérisé par le fait que le matériau piézo-électrique est formé par une méthode de croissance cristalline sur un film mince adhérant à la surface du support et tendu par dessus les zones évidées dudit support. 2 - Procédé de fabrication d'un dispositif piézo-électrique selon la revendication 1 comportant un support creusé d'un trou, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : mise en place d'un film mince tendu sur la face supérieure du support et sur ce trou, dépit sous vide d'une couche d'un matériau solide isolant sur ce film, dépit d'une électrode métallique sur cette couche isolante, dépôt d'une couche d'un matériau piézo-électrique sur cette électrode métallique, dépôt d'une électrode métallique sur cette couche piézo-électrique. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit film mince est d'abord formé sur une plaquette isolante, puis décollé de cette plaquette dans l'eau ou un liquide ne réagissant pas chimiquement sur ce film, de façon à l'amener à flotter à la surface de l'eau ou du liquide. 4 - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la plaquette recouverte dudit film est poussée obliquement dans le liquide de flottaison, en sorte que le film se décolle de façon progressive à la surface dudit liquide au fur et à mesure de l'enfoncement de ladite plaquette. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le support est amené sous ledit film flottant au contact de ce film, puis soulevé en sorte que ledit film adhère au support et soit tendu régulièrement sur ce support au-dessus dudit trou. 6 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaquette est en verre. 7 - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit film est un polymère soluble. 8 - Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ce polymère est une solution dans le dichloro 1,2 éthane de Formvar de concentration comprise entre 2 et 4 *, qui est versée sur ladite plaquette puis égouttée 9 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support est constitué par l'un des corps suivants s silicium, silice, verre, céramique. 10 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche piézo-électrique est déposée sous vide et en ce qu'elle est constituée par du CdS ou du ZnO. 11 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dépôt sous vide s'effectue par évaporation ou par pulvérisation cathodique. 12 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes métalliques sont en or. 13 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche isolante est constituée par Si0. 14 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le film mince découvert à l'aplomb du trou est dissous en plongeant le résonateur dans un dissolvant tel que le dichloro-éthane# 15 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche piézo-électrique est placée à l'aplomb du trou et a une surface inférieure à celle dudit trou. 16 - Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le polymère est une solution dans dichîcro 1,2 éthane de Formvar de concentration voisine de 10 % qui est versée sur ladite plaquette, puis égouttée à l'aide d'une tournette à enduire, tournant entre 1000 et 5000 tours/minute.