Brevet FR2575191A1 — publié le 19860627

La présente invention se réfère à une pastille monocristalline de tantalate de lithium ou, plus spécialement, à une pastille monocristal- line de tantalate de lithium appropriée comme matière de base pour la pré- paration de dispositifs à ondes acoustiques de surface (OAS); ayant des performances et des qualités bien contr8ôlées. Comme il est bien connu, les monocristaux de tantalate de li- thium, de niobate de lithium, de quartz et de composés similaires, sont utiles en tant que matières ferro-électriques et piézo-électriques et, par exemple les dispositifs dits à ondes acoustiques de surface sont dans la pratique fabriqués à partir de ces matières monocristallines. Parmi ces dernières le tantalate de lithium en particulier présente un coefficient de couplage électromécanique relativement élevé et plusieurs de ses proprié- tés caractéristiques ont une faible dépendance thermique de sorte que les monocristaux de tantalate de lithium sont utiles comme matière pour les ré- sonateurs de magnétoscopes et pour les filtres de fréquence intermédiaire image dans les appareils de télévision ainsi que pour certains dispositifs dans des installations de communication à-haute fréquence. Les monocristaux de tantalate de lithium sont habituellement préparés selon le procédé de Czochralski dans lequel le monocristal se dé- veloppe sur un germe cristallin retiré d'un mélange d'oxydes en fusion dont la composition correspond à la formule LiTaO3. La boule du monocris- tal est soumise après la croissance d'abord à un traitement pour l'obten- tion de p8les pour aligner les domaines ferro-électriques pour obtenir un corps à domaine unique, qui est ensuite mis sous forme de cylindre par voie mécanique et coupé en pastilles ayant une orientation cristallogra- phique définie. La surface de la pastille est abrasée et polie avant de l'utiliser comme plaque de base dans différents types de dispositifs. Les dispositifs à OAS par exemple sont fabriqués en découpant une pastille ainsi polie et équipée d'une électrode, en général en alumi- nium déposée sur la surface, en des puces carrées ou rectangulaires. Le nombre de puces obtenues par découpage d'une seule pastille ne peut être qu'une seule ou bien plusieurs en fonction du diamètre de la pastille et des dimensions des dispositifs recherchés. Il n'est pas rare par exemple de fabriquer 200 ou plus de dispositifs en découpant une seule pastille ayant un diamètre de 7,6 cm. La productivité de ce procédé peut bien en- tendu être améliorée en augmentant le nombre de dispositifs pris dans une seule pastille, de sorte que l'on désire disposer de pastilles monocris- -2- tallines ayant des diamètres de plus en plus grands, la tendance allant vers des diamètres de 7,6 à 10 cm ou plus là o il y a quelques années des pastilles de 5 cm étaient encore tout à fait acceptables. Cette tendance récente vers la fabrication d'un nombre de dis- positifs de plus en plus important découpés dans une seule pastille mono- cristalline de tantalate de lithium va de pair avec le problème que, simul- tanément à la croissance de la demande pour des performances et des quali- tés bien contrôlées des dispositifs à OAS à partir d'une seule pastille, certains paramètres caractéristiques de la pastille monocristalline varient considérablement d'une partie à une autre de la pastille et cette variation des valeurs est plus significative lorsque le diamètre de la pastille est plus important. Le problème le plus sérieux à cet égard est la variation des indices des propriétés optiques ou de la double réfraction, qui est l'un des paramètres caractéristiques les plus importants des pastilles mo- nocristallines de tantalate de lithium pour la fabrication des dispositifs à OAS. La présente invention a par conséquent pour objet de pourvoir à des pastilles monocristallines de tantalate de lithium utilisées pour la préparation de dispositifs à OAS-ne présentant pas les inconvénients et les problèmes ci-dessus mentionnés de l'art antérieur. Les inventeurs ont trouvé, après avoir étudié en détail la relation entre l'indice de la dou- ble réfraction dans la pastille en tant que propriété optique de celle-ci et la vitesse du son dans un dispositif à OAS, qu'il est possible d'attein- dre ce but si la double réfraction de la pastille présente un indice spé- cifique dont la variation dans la pastille reste à l'intérieur d'une cer- taine limite. C'est-à-dire que la variation de l'indice de la double ré- fraction dans une seule pastille de tantalate de lithium ne doit pas être + -4 supérieur à + 6 x 10-4, sinon la variation de la vitesse du son dans les dispositifs OAS fabriqués à partir de la pastille peut atteindre - 1, 5 Z de sorte que les dispositifs à OAS ne peuvent avoir des performances et des qualités uniformes contrôlées. Par conséquent la pastille monocristalline de tantalate de lithium selon l'invention perfectionnée selon la découverte sus-mentionnée est une pastille dont la variation de l'indice de la double réfraction déterminé à une longueur d'onde de 632,8nm et à une température de 20 C n'est pas supérieur à + 6 x 10-4 ou, de préférence, à - 3 x 10-4 et dont l'indice de la double réfraction déterminé à la même longueur d'onde et à --3 - la même température que ci-dessus est de 4,5 x 10-3 + 6 x 10'4 ou, de préférence de 4,5 x 103 - 3 x 104. Dans les dessins joints:: la figure 1 représente schématiquement le système optique pour la détermination de la double réfraction dans une pastille la figure 2 représente un filtre obtenu par technique numérique, fabriqué en dessinant un réseau sur une pastille mono- cristalline de tantalate de lithium de telle façon que la direction de propagation des ondes acoustiques de surface soit parallèle à la direction 112 Y la figure 3 est un schéma-bloc du circuit électrique pour déterminer la vitesse du son des ondes acoustiques de surface dans un dispositif OAS. Dans la description qui suit, la pastille monocristalline de tantalate de lithium selon l'invention est illustrée à l'aide d'exemples et en faisant référence aux dessins joints. Plusieurs pastilles monocristallines de tantalate de lithium sont préparées dont chacune présente un indice de double réfraction et une gamme de variations de la double réfraction dans la pastille comme consigné dans la tableau I ci-après. Ces données consignées au tableau I sont obtenues au moyen de mesures à 20 C, à l'aide d'une longueur d'onde de 632,8 nm dans un système optique représenté dans la figure 1. On pourvoit la surface de chacune des pastilles d'un filtre formé par une technique numérique comme représenté dans la figure 2 en dessinant un réseau orienté de telle façon que la propagation des OAS soit parallèle à la direction de 112*Y, et la vitesse du son V des OAS est mesurée à l'aide du dispositif de mesure du schéma-bloc de la figure 3.-La différence de phase entre les signaux d'entrée et de sortie est déterminée au moyen de la fréquence d'un générateur de signaux avec ba- layage automatique et la vitesse du son V est calculée à l'aide de l'é- quation suivante: V = 2-tL/ dW o V est la vitesse du son, L est la distance entre les électrodes for- mées par technique numérique, dg est le changement de phase et dW est le changement de fréquence. V est déterminé comme V = LW au moyen d'un -4 processeur central pour la détermination automatique du changement de fré' quence W dont la valeur d? est en retard de 20 fois la longueur d'onde. La fréquence utilisée pour les mesures est comprise entre 95 et 105 MHz. Les résultats sont consignés au Tableau I qui montre que parmi les 8 expériences, les Numéros 2, 4, 5 et 6 donnent des résultats tout à fait satisfaisants car tant la déviation maximale de la vitesse du son des OAS que la valeur standard et la plage des variations des vitesses du son des OAS dans une pastille est restreinte. Les valeurs du Tableau I sont toutes obtenues à 20 C. TABLEAU I Expérience Double Limites de Déviation maxi- Limites de No. réfracvariation de mum de la vitesse variation de tion,3 la double des OAS de la la vitesse x 103 réfraction dans valeur standard - des OAS dans une pastille, une pastille x 103 1 5,2 + 0,6 0,17 -0,08 2 5,0 + 0,1 0,08 + 0,01 3 4,8 08 0,14 + 0,10 4 4,6 0,2 0,04 0,02 0,0 4,4 0,5 0,08 0,06 + + 6 4,2 - 0,3 0,08 - 0,04 7 4,0 0,7 0,16 - 0,09. 3,8 + 0,13 0,04 2575 1 9 1 -- 5 -- REVENDICATIONS 1. Pastille monocristalline de tantalate de lithium, caractérisée en ce que la variation de l'indice de la double réfraction déterminé à une longueur d'onde de 632,8 nm et à une température de 20 C n'est pas supé- rieure à - 6 x 10-4 et l'indice de la double réfraction déterminé à la même longueur d'onde et à la même température est égal à 4,5 x 10-3 + x 0-4. -6 x10