Brevet FR2516321A1 — publié le 19830513

La présente invention se rapporte à un convolutionneur à onde élastique de surface, et elle est plus particulière- ment dirigée vers une amélioration de l'efficacité de circonvolution. Un convolutionneur à onde élastique de surface est connu comme étant un dispositif utilisant la non linéarité d'une mesure du déplacement d'une onde élastique de surface o une énergie élastique très concentrée peut exister uniquement dans une partie de la surface de la mesure sans s'étendre à travers toute la surface quand l'onde élastique de surface se déplace le long de la surface La figure 1 est un schéma théorique d'un convolutionneur à onde élastique de surface o le repère 1 désigne un substrat piézo-électrique (mesure de parcours), et 2 et 3 désignent deux bornes d'entrée prévues des deux côtés du substrat 1, 4 désigne une borne de sortie qui est disposée entre les bornes d'entrée 2 et 3 Des signaux impulsionnels appliqués aux bornes d'entrée 2 et 3 respectivement, se déplacent en tant qu'onde élastique de surface le long de la surface du substrat piézo-électrique 1 vers son centre, et ils sont extraits à la borne de sortie 4 en tant que signaux de circonvolution du fait de la non linéarité du substrat 1. Dans la mise en action d'un tel convolutionneur à onde élastique de surface, il est préférable de forcer la linéarité du substrat piézo-électrique 1. La figure 2 montre un convolutionneur conventionnel o la zone de la borne de sortie est construite comme étant une zone de capacité non linéaire afin d'accentuer la non linéarité Sur cette figure, le repère 1 i Xdiqoe un substrat piézo-électrique, 5 un transducteur de signaux d'entrée comprenant des bornes 5 A et 5 B de signaux d'entrée, 6 un transducteur de signaux de référence comprenant des bornes d'entrée de signaux de référence 6 A et 6 B, et 7 une zone de capacité non linéaire, respectivement La zone de capacité non linéaire 7 comprend une borne de tension de polarisation 8, des bornes 9 A et 9 B de sortie de signaux de circonvolution et un certain nombre de paires de résistances de polarisation 10 et de diodes à capacité variable 11 connectées en série entre la borne de tension de polarisation 8 et'la borne de sortie de signaux de circonvolution 9 A Cet agencement est avantageux pour améliorer la non linéarité parce qu'il permet à la zone de capacité non linéaire 7 d'être conçue indépendamment du trajet de parcours de l'onde élastique de surface. Cependant, avec l'agencement ci-dessus, on ne peut obtenir facilement une amélioration de l'efficacité de circonvolution parce que les diodes à capacité variable 11 sont des éléments à deux bornes, il est donc difficle de contrôler la variation capacitive des diodes à capacité variable 11 elles-mêmes, par rapport à la tension de polarisation. La présente invention a pour but de surmonter l'inconvénient ci-dessus de l'art antérieur, en offrant un convolutionneur à onde élastique de surface o un substrat piézo-électrique comprenant un certain nombre d'électrodes en bandeconductriceset un substrat semi- conducteur comprenant des électrodes de commande de couche diélectrique ainsi que des électrodes de lecture de capacité sont formés indépendamment l'un del'autre et les électrodes en bandesconductrices sont connectées aux électrodes de commande de couche diélectrique, permettant au signal de circonvolution d'être extrait aux électrodes de lecture de capacité. Selon la présente invention, on prévoit un convolu- tionneur à onde élastique de surface qui comprend un substrat piézoélectrique; un certain nombre d'électrodes en bandesconductrices. un transducteur de signaux d'entrée et un transducteur de signaux de référence tous prévus sur le substrat piézo- électrique; un substrat semi-conducteur des électrodes de commande de couche diélectrique et des électrodes de lecture de capacité toutes prévues sur le substrat semi-conducteur; et les électrodes en bandesconductricesétant connectées aux électrodes de commande de couche diélectrique pour permettre la sortie du signal de circonvolution aux électrodes de lecture de capacité. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront 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 un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des schémas montrant des dispositifs conventionnels, respectivement; les figures 3 et 4 sont desschémas montrant un mode de réalisation d'un convolutionneur à onde élastique de surface selon l'invention; et la figure 5 montre les courbes de variation capacitive de la présente invention. La présente invention sera maintenant décrite en détail en se référant aux dessins joints qui en illustrent un mode de réalisation. La figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation du convolutionneur à onde élastique de surface selon l'invention, o des organes ou pièces identiques à ceux de la figure 2 sont désignés par les mêmes repères. Le repère 12 désigne un certain nombre d'électrodes en bandesconductricesqui sont disposées adjacentes au trans- ducteur 5 de signaux d'entrée et au transducteur 6 de signaux de référence Les électrodes en banda Econductrices Q peuvent être formées en déposant de l'aluminium sur toute la surface d'un substrat en niobate de lithium par dépôt de vapeur et autres, et en retirant ensuite les parties inutiles de la couche d'aluminium par photo-attaque et autres. Le repère 13 désigne un substrat semi-conducteur comme étant en silicium du type N, par exemple Le long d'une surface du substrat semi-conducteur 13 sont formées sélectivement des régions 15 du type P en déposant une couche isolante 14 en bioxyde de silicium, par exemple, sur toute la surface du substrat semi-conducteur 13 et en formant ensuite des fenêtres par photo- attaque, et en diffusant enfin une impureté du type P à travers les fenêtres Des électrodes 16 (pour le contrôle de la couche diélectrique) sont formées sur les régions du type P et des électrodes 17 (pour la lecture de capacité) en un nombre correspondant aux électrodes de contrôle de couche diélectrique 16 sont formées sur les parties restantes de la couche isolante 14 Une électrode commune 18 ' est formée le long de la surface opposée du substrat 13 du type N. Des électrodes en bandesconductricesindividuelles 12 sont connectées aux électrodes 16 de commande de couche di- électrique par des fils de connexion 18 et les électrodes 17 de lecture de capacité sont connectées les unes aux autres par une borne commune 19 La connexion entre les électrodes 12 et 16 peut être faite par un dépôt de vapeur métallique, photo-attaque et autres. Dans ce cas, les résistances de polarisation 10 doivent seulement être connectées aux électrodes 12 ou 16, elles peuvent donc être formées en déposant un matériau résistif comme un alliage de Ni-Cr par exemple, sur le substrat semi-conducteur 13 par dépôt de vapeur et autres. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de prévoir les résistances 10 indépendamment. Avec cet agencement, des diodes à capacité variable comprenant trois bornes, c'est-à-dire les électrodes de contrôle de couche diélectrique 16, les électrodes de lecture de capacité 17 et l'électrode commune 18 ', sont formées dans le substrat semi-conducteur 13 Quand une tension de polarisation inverse est appliquée à la borne 8 de l'électrode de polarisation, les couches diélectriques se dilatent à partir des jonctions J du type PN et on obtient une capacité variable aux bornes 17 Comme les couches diélectriques se dilatent et se contractent à la fois en largeur et en épaisseur, on peut obtenir une caractéristique de variation capacitive souhaitée en faisant varier les emplacements des électrodes 16 et 17. L'électrode 17 de lecture de capacité dans ce mode de réalisation est configurée en structure MIS, o l'électrode est formée sur le substrat semi-conducteur 13 à travers la couche isolante 14 Cependant, on peut la configurer en un type de jonction PN, en formant une autre région d'une conductivité opposée à celle du substrat 13 et en prévoyant l'électrode par-dessus, ou bien en un type de barrière de Schottky, en formant une couche en métal et en prévoyant l'électrode sur elle ou en l'utilisant elle-même comme électrode. Quand un signal d'entrée est appliqué aux bornes 5 A et 5 B de signaux d'entrée, le signal est converti en une onde élastique de surface par le transducteur 5 de signaux d'entrée et se déplace vers la droite sur la figure Par ailleurs, le signal de référence appliqué aux bornes 6 A et 6 B est converti en une onde élastique de surface par le transducteur 6 de signaux de référence et il se déplace vers la gauche A ce moment, le substrat piézo-électrique 1 (mesure de déplacement) provoque un potentiel électrique selon le déplacement des ondes élastiques de surface du fait de la piézo-électricité du substrat 1 Le potentiel électrique est appliqué aux électrodes de contrôle de couche diélectrique 16 à travers les électrodes en bandes conductrices 12. La relation entre la tension de polarisation VB appliquée à l'électrode de contrôle de couche diélectrique 16 par la borne de tension de polarisation 8 et la capacité C qui est lue entre l'électrode 17 de lecture de capacité et l'électrode commune 18 ' est telle que repré- sentée sur la figure 5 o la tension de polarisation VB varie de façon aiguë à proximité du point VT Par conséquent, en choisissant la tension de polarisation VB à appliquer à la borne 8 à une valeur proche de VT, la non linéarité de capacité par rapport à la grandeur du potentiel électrique du fait de l'onde élastique de surface appliquée à l'électrode de contrôle de couche diélectrique peut être rendue maximale, augmentant ainsi l'efficacité de circonvolution. Par ailleurs, en supposant qu'un signal porteur d'entrée à une fréquence f 1 est appliqué au transducteur 5 de signaux d'entrée et qu'une porteuse de référence à une fréquence f 2 est appliquée au transducteur 6 de signaux de référence, les électrodes 16 de contrôle de couche diélectrique sont alimentées en tension à la fois aux fréquences f 1 et f 2, donc une tension à une fréquence de f 1 + f 2 est émise aux électrodes de lecture de capacité 17 du fait de la non linéarité capacitive Cette tension varie pour chaque électrode en bande conductrice 12. Cependant, la sortie obtenue à l'électrode de lecture de capacité 17 en connectant électriquement les électrodes en bandes conductrices respectives 12 devient une cir- convolution du signal aux fréquences f 1 et f 2 Comme on l'a décrit cidessus, le convolutionneur à onde élastique de surfaoe selon l'nwention comprend généralement un substrat piézo-électrique et un substrat semiconducteur, tous deux étant formés indépendamment l'un de l'autre. Les électrodes en bandes conductrices sont formées sur le premier tandis que les électrodes de contrôle de couche diélectrique et les électrodes de lecture de capacité sont indépendamment formées sur le dernier Les électrodes en bandes conductrices sont connectées aux électrodes de commande de couche diélectrique, donc le signal de circonvolution est pris aux électrodes de lecture de capacité Cela conduit à une amélioration de l'efficacité de circonvolution Par ailleurs, l'utilisation des diodes de capacité variable avec trois bornes permet un contrôle souhaité de la forme de la variation capacitive La possibilité de la formation des résistances de polarisation et des diodes à capacité variable sur un substrat semi- conducteur commun permet l'application de la technique du circuit intégré semi-conducteur (IC) et l'amélioration des possibilités de fabrication. Comme on l'a décrit ci-dessus, la présente invention permet d'augmenter la non linéarité capacitive et en conséquence d'améliorer l'efficacité de la cir- convolution. Il faut noter que l'organe piézo-électrique, en tant que substrat pour le parcours de l'onde élastique de surface, n'est pas restreint à un corps en un seul matériau mais peut être formé de feuilletages de plusieurs sortes de matériaux. R E V E N D I C A T I O NS 1. Convolutionneur à onde élastique de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat piézo-électrique ( 1); un certain nombre d'électrodes en bandes conductrices ( 12), un transducteur de signaux d'entrée ( 5) et un transducteur de signaux de référence ( 6) tous prévus sur le substrat piézo-électrique; un substrat semi-conducteur ( 13); des électrodes de contrôle de couche diélectrique ( 16) et des électrodes de lecture de capacité ( 17) prévues sur ledit substrat semi-conducteur; et lesdites électrodes en bandes conductrices ( 12) sont connectées auxdites électrodes de contrôle de couche diélectrique pour permettre la sortie d'un signal de circonvolution auxdites électrodes de lecture de capacité. 2. Convolutionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des résistances de polarisation ( 10) sont connectées aux électrodes en bandes conductrices et une électrode commune ( 18 ') est formée au dos du substrat semi-conducteur précité.