Brevet FR2479608A1 — publié le 19811002

La présente invention se rapporte généralement à un dispositif à onde acoustique de surface, et plus particu- lièrement à un transducteur à onde acoustique de surface à haute fréquence et à large bande, pouvant être facilement fabriqué, et elle se rapporte également au procédé de production de celui-ci. Un transducteur à onde acoustique de surface traditionnel du type délimité en bordure est illustré sur la figure 1. Sur la figure, le repère 1 désigne un organe élastique, le repère 1' désigne tue face de propagation de l1onde acoustique de surfaces le repère 2 désigne un organe piézoélectrique, lesrepère 3 et 4 sont des électrodes, le repère 5 désigne une borse dventrée de signaux électri- ques et le repère 6 désigne une onde acoustique de surface, Comme cela est illustré, pour que londe acoustique de surface 6 se propage sur une face 1l' de l'organe élastique '1, une structure laminée ou feuilletée composée des électrodes 3 et 4 et de lorgane piézoélectrique 2 est formée, à une face extreme du substrat élastique 1, perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde acoustique de surface à produire. Pour les dimensioes de l'organe piézo électrique 2, celui-ci a une largeur effective a et une épaisseur b, Si la longueur d'onde de l'onde acoustique de surface 2 5 à sa fréquence centrale est supposée être 20A, on a a 2 XO et b Quand une tension alternative est appliquée à la borne d'entrée 5 de signaux électriques, l'organe piézo- électrique 2 vibre. Par suite, une onde acoustique de surface 6 est produite à une partie extrême de la face 1' de l'organe élastique 1 et se propage vers la gauche en regardant la figure 1 Bien que ce transducteur traditionnel ait une caractéristique de bande large, il est difficile de le produire dans la pratique. Comme procédes de production de ce transducteur, on peut mentionner: (1) un procédé o l'organe piézoélectrique 2 est d'abord formé et les électrodes 3 et 4 sont formées sur ses extrémités opposées, respectivement, et l'ensemble résultant est collé à la face extrême du matériau élastique; et (2) un procédé o l'électrode en métal 3 est déposée sous vide sur la face extrême de l'organe élastique 1, la couche mince piézoélectrique 2 (camme de l'oxyde de zinc et autre) et une autre électrode en métal 4 y étant déposée sous vide. Dans chacun des procédés, il est difficile de fabriquer, dans la pratique, le transducteur souhaité. Cela est particulièrement difficile quand la fréquence centrale f0 n'est pas élevée, parce que les longueurs a et b sont faibles. De plus, un autre problème est posé par la caractéristique acoustique ou le vieillissement des adhésifs employés. La présente invention a par conséquent pour objet un dispositif à onde acoustique de surface capable d'éviter les inconvénients mis en cause dans un dispositif traditionnel. Selon la présente invention, on prévoit un dispositif à onde acoustique de surface qui comprend: un organe élastique; une structure feuilletée prévue sur un trajet de propagation de l'onde acoustique de surface de l'organe élastique, et composée d'au moins une électrode en métal et un organe piézoélectrique; et un moyen pour appliquer un signal électrique à l'électrode; l'organe élastique ayant une face discontinue d'impédance acoustique; la structure feuilletée produisant une onde longitu- dinale lors de l'application du signal électrique, cette onde longitudinale étant réfléchie par la face discontinue d'impédance acoustique pour produire une onde transversale. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de -celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un transducteur à onde acoustique de surface traditionnel; les figures 2 et 3 sont des vues schématiques d'un mode de réalisation de la présente invention; - les figures 4 et 5 montrent des courbes des caractéristiques de réflectance de dispositifs selon la présente invention, respectivement, l'angle de la surface de réflexion étant indiqué sur l'axe des abscisses et la réflectivité sur l'axe des ordonnées; - la figure 6 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation de la présente invention; - la figure 7 est une vue schématique illustrant un procédé selon l'invention; - les figures 8 (i), (ii) et (iii) et la figure 9 sont des vues schématiques illustrant un autre procédé de l'invention; et - les figures 10, 11, 12, 13 et 14 sont des vues schématiques de diverses modifications de la présente invention, respectivement, En se référant maintenant aux dessins, on peut y voir des modes de réalisation de la présente invention, Sur les figures 2 et 3, les mêmes repères que ceux utilisés sur la figure 1 désignent des pièces ou parties identiques. Le repère 7 désigne une face discontinue à impédance acoustique (face réfléchissant l'onde longi- tudinale) de l'organe élastique 1. La face 7 est formée en coupant l'organe élastique 1 à un angle ce par rapport à la face de propagation 1' de l'onde acoustique de surface, afin de comprendre un point sur un trajet de propagation de l'onde acoustique de surface proche du bord d'une structure feuilletée et un point en dessous de la structure feuilletée. La structure feuilletée formée, par exemple, en forme de bande, est prévue sur le trajet de propagation de l'onde acoustique de surface de l'organe élastique 1, afin de s'étendre perpendiculairement à ce trajet de propagation. Quand une tension alternative est appliquée aux électrodes en métal 3 et 4 prévues sur les faces inférieure et supérieure de l'organe piézoélectrique 2 de la structure feuilletée, respectivement, par une borne 5, des vibrations sont provoquées par la dilatation et la contraction de l'organe piézoélectrique 2, produisant ainsi une onde longitudinale A dans l'organe élastique 1. Cette onde longitudinale A est réfléchie par la face discontinue d'impédance acoustique 7 et se divise en une onde longitudinale C et une onde transversale B. Comme l'onde transversale B a, à une profondeur de l'ordre d'une longueur d'onde de l'onde acoustique de surface par rapport à la surface de l'organe élastique 1, des composantes de vibration qui sont semblables à celles de l'onde acoustique de surface, l'onde transver- sale B est efficacement convertie en onde acoustique de surface. La figure 4 représente des courbes montrant des exemples de calcul des changements, avec l'angle de la face de réflexion j', du rapport d'amplitude r21 (réflectance) entre l'onde transversale réfléchie B et l'onde longitudinale incidente A et un rapport d'amplitude r31 entre l'onde longitudinale réfléchie C et l'onde longitudinale incidente A quand on utilise du quartz fondu comme organe élastique 1. Comme cela est apparent sur la figure 4, il est souhaitable de convertir efficace- ment l'onde longitudinale incidente A en onde transversale réfléchie B pour choisir un angle o6 auquel r21 a une valeur importante et o la valeur absolue de r31 est faible. Par conséquent, dans l'exemple de la figure 4, il est préférable que l'angle ac soit compris entre 200 La figure 5 représente un exemple de calcul semblable o du cuivre est utilisé comme organe élastique 1, Dans cet exemple, la gamme préférée deOeest 300 comme cela est apparent sur la figure 5. Ainsi, le transducteur à onde acoustique de surface selon l'invention opère efficacement quand l'angle O est choisi de façon que l'on ait 200 En supposant que la vitesse de propagation de l'onde transversale B (figure 3) est Vsv et que la vitesse de propagation de l'onde longitudinale C (figure 3) est VL, il existe la relation qui suit entre C6 et,6 (un angle défini par la direction de l'onde transversale et la face discontinue 7): Vsv -osSinO&, O Pour convertir efficacement l'onde transversale produite B en onde acoustique de surface, la valeur de F est de préférence aussi faible que possiblee proche de z6ro. Par conséquent, pour concevoir un traemducteur à onde acoustique de surface selon l'invention, capable de produire efficacement tu onde acoustique de surface, D& peut être choisi de façon que lVon ait 201 approcher de zéro. En ce qui concerne la largeur, en direction de profondeur, de l'onde transversale B. celle-ci peut très efficacement être convertie en onde acoustique de surface quand cette largeur correspond sensiblement à la profondeur de pénétration de londe acoustique de surface, c'est-à-dire la longueur d'onde À0 de l'onde acoustique de surface. En supposant que les largeurs effectives de l'organe piézoélectrique 2 et des électrodes en métal 3 et 4 sont a, le transducteur souhaité peut être conçu de façon à avoir une rElationdea tan C La figure 6 montre une autre forme d'un dispositif à onde acoustique de surface selon l'invention. Le dispositif de la présente invention peut être facilement fabriqué par photolithographie courante, parce que l'assemblage de l'organe piézo électrique est placé sur la face de propagation de l'onde acoustique de surface. Des procédés appropriés à la production du dispositif à onde acoustique de surface selon l'invention sont donnés comme suit: (1) comme cela est illustré sur la figure7, un substrat 1 en un matériau élastique est formé dans une pastille carrée, et l'une de ses extrémités est meulée pour former un angle c6. Alors, on provoque l'évaporation d'un métal 3 sur une surface 1' et un matériau piézoélectrique 2 y est déposé par évaporation et ainsi de suite. Un métal 4 est ensuite déposé sur le matériau piézo électrique 2 par évaporation. Ensuite, les parties inutiles sont retirées par photo-attaque et autres. (b) Quand on utilise, comme matériau du substrat 1 en matériau élastique, du silicium Si ou de l'arséniure de gallium GaAs, le mode et la vitesse de l'attaque chimique varient selon les propriétés directionnelles des cristaux. En employant cette méthode d'attaque sélective, on peut obtenir un angle o4 souhaité de la face discontinue d'impédance acoustique. Par exemple, comme le montre la figure 8 (i), la structure feuilletée composée du métal 3, de l'organe piézoélectrique 2 et du métal 4 est formée sur le substrat 1 par évaporation et photo-attaque. Ensuite, on provoque l'évaporation, de façon oblique, de SiO2 et autres, comme cela est illustré sur la figure 8 (ii), sur l'ensemble résultant, avec une partie 9 d'une dimension appropriée adjacente à la structure feuilletée laissée sans évaporation en utilisant un masque 8. Par suites une fenêtre 10 est formée sur le côté droit de la structure feuilletée comme on peut le voir sur la figure 8 (ii). Une pellicule de"photoresist" ou photoréserve 11 est formée sur la partie 9. Alors, une attaque sélective est effectuée à la fenêtre 10 pour former une face ayant l'angleCO. La pellicule de SiO2 et la pellicule de photoresist ou photoréserve 11 sont ensuite retirées. En employant l'évaporation oblique pour former une pellicule résistant à l'attaque (pellicule de SiO2), l'opération de correspondance du masque peut être omise et un traitement précis est rendu possible. (3) Au lieu de l'attaque chimique sélective, une attaque par faisceau d'ions directif 12 comme cela est illustré sur la figure 9 ou une attaque à sec comme un meulage d'ions peuvent être employées pour former la face extrême ayant l'angle A . Les figures 10 à 14 illustrent diverses modifications de la présente invention. Sur la figure 10, le repère 13 désigne un organe protégeant la face extrêmecouvrant la structure feuilletée et la face réfléchissante de l'organe élastique 1. Il est preferable que l'organe de - protection 13 ait une différence suffisante d'impédance acoustique par rapport au matériau élastique. Les figures 11 et 12 illustrent un générateur d'onde acoastique sphérique ayant une structure feuilletée sphérique 14 et une face réfléchissante 15 d'un organe élastique. La figure 13 illustre un transducteur efilé ayant une structure feuilletée effilée 16 adaptée pour élargir une bande. La figure 14 montre une modification o une électrode en métal 4 a une largeur différente de celle de l'électrode en métal 3 et de l'organe piézoélectrique 2. Comme cela est apparent à la lecture de la description qui précède, le dispositif à onde acoustique de surface selon l'invention présente les effets qui suivent: (1) avoir une large bande; (2) être fabriqué facilement et pratique en comparaison à un transducteur traditionnel délimité en bordure; (3) avoir une forte productivité en employant une technique planar 7 (4) être efficace en particulier pour produire une onde acoustique de surface sur un matériau élastique fait en Si ou GaAs; (5) être capable de produire une onde acoustique de surface sur un circuit intégré; (6) ne présenter aucun des problèmes d'adhésif mis en cause dans un transducteur délimité en bordure traditionnel; (7) pouvoir être fabriqué par photolithographie afin que l'on puisse obtenir une onde acoustique de surface de très haute fréquence; et (8) être excellent par-son efficacité de conversion parce que l'on peut employer un transducteur longitudinal. Bien entendu, -l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en ouvre dans le cadre de la.protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Dispositif à onde acoustique de surface, caracté- risé en ce qu'il comprend: un organe élastique (1); une structure feuilletée formée sur un trajet de propagation d'une onde acoustique de surface dudit organe élastique, et composée d'au moins une électrode en métal (3) et d'un organe piézoélectrique (2); et un moyen (5) pour appliquer un signal électrique à ladite électrode; ledit organe élastique (1) ayant une face discontinue deimpédance acoustique (7); ladite structure feuilletée produisant une onde longitudinale (A) lors de l'application du signal électri- que, ladite onde longitudinale étant réfléohie par ladite face discontinue d'imp6dancs acoustique pour produire une onde transversale (B) , 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure feuilletée précetée est en forme de barde ayant une direction longitudinale perpendiculaire à la direction de la propagation de l'onde acoustique de surface précitée. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode en métal précitée a une largeur, dans la direction de la propagation de l'onde acoustique de surface précitée, qui correspond sensiblemeet à la lonugeur d'onde () de ladite onde acoustique de surfaoe 4o Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face discontinue d'impédance acoustique précitée a un angle compris entre 20 et 750 par rapport au trajet de propagation de l'onde acoustique de surface précitée 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastique précité et la structure feuilletée précitée sont formés de façon qu'il y ait une relation telle que a tan e' entre la largeur a dans la direction de propagation de l'onde acoustique de surface de ladite structure feuilletée, un angle défini par la face discontinue d'impédance acoustique par rapport au trajet de propagation de l'onde acoustique de surface et une longueur d'onde A.de l'onde acoustique de surface. 6. Procédé de production d'un dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour donner, à un substrat élastique, la forme d'une pastille carrée, une étape pour former une face extrême dudit substrat de façon qu'elle ait un angle souhaité, et une étape pour déposer une pellicule en métal, une pellicule piézo électrique et une autre pellicule en métal dans cette séquence, sur ledit substrat. 7. Procédé de production d'un dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour former un matériau en un substrat élastique, une étape pour déposer une pellicule en métal, une pellicule piézoélectrique et une autre pellicule en métal, dans cette séquence, sur ledit substrat, une étape d'évaporation d'un matériau résistant à l'attaque afin de laisser une fenêtre d'un côté de la structure feuilletée formée desdites électrodes en métal et dudit organe piézoélectrique, une étape pour appliquer une attaque audit organe élastique à ladite fenêtre afin de former une face extrême ayant un angle souhaité et une étape pour retirer ledit matériau résistant à l'attaque. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'évaporation précitée est effectuée de façon oblique à travers un masque, en ce qu'une pellicule de photoréserve est formée sur ledit substrat en une position correspondant audit masque et en ce que ladite pellicule est retirée après ladite attaque. 9. Procédé de production d'un dispositif à onde acoustique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour former un matériau en un substrat élastique, une étape pour déposer une pellicule en métal, une pellicule piézoélectrique et une autre pellicule en métal dans cette séquence, sur ledit substrat, une étape pour l'évaporation d'un matériau résistant à l'attaque afin de laisser une fenêtre sur un côté droit de la structure feuilletée composée des électrodes en métal et de l'organe piézoélectrique, une étape pour former une face extrême de l'organe élastique à la fenêtre afin d'avoir un angle souhaité et tme étape pour retirer ledit matériau résistant à l'attaque. 10. Dispositif selon la revendication 19 caractérisé en ce qu'il comprend de plus un matériau de protection (13) de face extrme pré sur la structure feuilletée précitée et la face discontinue dïmpédacs acoustique précitée. 11. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que la structure feuilletée (14) et la face discontinue d'impédance acoustique précitéessont de forme sphérique. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure feuilletée (16) précitée est effilée. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode en métal précitée a une largeur différente de celle de l'organe piézoélectrique précité. 14. Procédé de production d'un dispositif à onde acoustique de surface selon la revendication 7? caractérisé en ce que l'attaque précitée est une attaque chimique sélective. 15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape précitée pour former la face extrême comprend une irradiation oblique d'un faisceau d'ions. 16, Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 9, caractérisé en ce que l'étaped'évaporation précitée est une évaporation oblique.