Brevet FR2587563A1 — publié le 19870320

La présente invention se rapporte à un dispo- sitif à onde acoustique de surface, et plus particu- lièrement à un perfectionnement d'un convolutionneur d'onde acoustique de surface monolithique comprenant une couche piézoélectrique et un semiconducteur. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un convolutionneur à onde acoustique de surface mono- lithique de l'art antérieur comprenant une couche piézo- électrique 1, une couche isolante 2, une couche semi- conductrice épitaxiée 3, un substrat semi-conducteur 4, une électrode de porte 5 une électrode inférieure 6, des électrodes 7 en forme de peigne, une source 8 de tension de polarisation, un élément d'inductance LB et un conden- sateur CB. Certains autres dispositifs de l'art antérieur ne contiennent pas la couche isolante 2 ni la couche semi-conductrice épitaxiée 3. Sous sa forme la plus usuelle, la couche piézoélectrique est formée d'oxyde de zinc (ZnO) ou du nitrure d'aluminium (AlN), la couche semi-conductrice épitaxiée est formée de sili- cium (Si), la couche isolante est formée de bioxyde de silicium (SiO2), et les électrodes sont faites en un film d'aluminium (Al) ou d'or (Au). Le dispositif a pour rôle de fournir une sortie qui est un signal de convolution de deux signaux d'entrée. Sur la figure 4, lorsque les signaux d'entrée S1 et S2 sont introduits dans les électrodes respectives 7 en forme de peigne par des bornes d'entrée EN1 et EN2, un signal de sortie SSOR proportionnel au signal de convolution des signaux d'entrée S1 et S2 est produit à une borne de sortie SSOR par l'électrode de porte 5. La grandeur de la sortie SSOR varie avec une tension de polarisation VB appliquée à l'électrode de porte 5. La figure 5 montre la relation entre l'efficacité de convolution (symbolisée par FT) et la tension de pola- risation VB, cette relation étant exprimée par: SSOR = FT + S1 + S2 (1) dans laquelle les valeurs respectives sont en dBm. La courbe de la figure 5 est celle d'un dispo- sitif utilisant un semi-conducteur du type n. Lorsqu'on utilise un semiconducteur du type p, sa courbe est quantitativement inversée en signe de tension. Comme cela est illustré, l'efficacité maximale est donnée par une valeur de la tension de polarisation qui est normalement de plusieurs volts dans les dispositifs de l'art antérieur. Cependant, avec cette valeur de la tension, le niveau d'interface semi-conducteur-isolant ou inter- ruption à l'interface isolant-piézoélectrique ou dans le matériau piézoélectrique provoquera la capture ou la création d'électrons ou de trous positifs et le temps nécessaire à cela retardera la stabilisation du dispositif. La présente invention a pour conséquent pour objet un convolutionneur à onde acoustique de surface monolithique actionné sans polarisation pour éliminer l'inconvénient de l'art antérieur. Selon la présente invention, on prévoit un dispositif à onde acoustique de surface comprenant: - un substrat semi-conducteur de faible résistance à une première conductivité; - une couche semi-conductrice à la première conductivité, prévue sur le substrat; - une couche semi-conductrice à une seconde conductivité,prévue sur le substrat semi-conducteur de la première conductivité; - une couche isolante prévue sur la couche semi- conductrice de la seconde conductivité; - une couche piézoélectrique prévue sur la couche isolante; - une électrode de porte prévue sur la couche piézoélectrique; - deux électrodes en forme de peigne prévues des deux côtés de l'électrode de porte; et - une source de tension de polarisation reliée à l'électrode de porte, la couche semi-conductrice de la seconde conductivité ayant une concentration en impuretéset une épaisseur permettant à une couche d'appauvrissement de s'étendre à travers elle lorsqu'une tension de polarisation fournie par la source de tension de polarisation est nulle. Cet agencement donne de meilleures courbes de l'efficacité de convolution FT et de la capacité C, qui sont des fonctions de la tension, la courbe du dispositif de l'invention en trait plein montrant que l'efficacité de convolution FT représente la valeur maximale et importante plus proche de zéro volt quela courbe du dispositif de l'art antérieur en pointillé. En comparaison avec la caractéristique C-V, il faut reconnaître que l'efficacité de convolution augmente lorsque la surface du semiconducteur est changée en une couche d'appauvrissement ou une condi- tion inversée faible. L'utilisation d'une couche du type p à la surface d'un semi-conducteur du type n ou l'utilisation d'une couche du type n à la surface d'un semi-conducteur du type p permet de changer la surface en une couche d'appauvrissement sans polari- sation, par conséquent cela augmente l'efficacité de convolution FT à proximité d'une polarisation nulle. Les courbes de la figure 3 sont basées sur une structure o une couche du type p est formée sur un semi-conducteur du type n. Dans un dispositif ayant une couche du type n sur un semi-conducteur du type p, les courbes sont qualitativement inversées en signe de la tension de polarisation. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre fait 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 vues en coupe transversale d'un convolutionneur à onde acoustique de surface monolithique selon l'invention; la figure 3 montre les courbes des changements de l'efficacité de convolution et de la capacité avec la tension de polarisation de la présente invention en trait plein et de l'art antérieur en pointillé; la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un convolutionneur à onde acoustique de surface monolithique de l'art antérieur; et la figure 5 montre une courbe des changements de l'efficacité de convolution avec la tension de polarisation dans le convolutionneur de l'art antérieur. La figure 1 montre un mode de réalisation de l'invention ou une couche épitaxiée 3 du type n est formée sur un substrat semi-conducteur 4 du type n+, et la surface de la couche épitaxiée 3 du type n est changée en une couche semi-conductrice 9 du type p. La figure 2 montre un autre mode de réalisation de l'invention ou une couche épitaxiée 3 du type p est formée sur un substrat semi-conducteur 4 du type p+, et la surface de la couche épitaxiée 3 du type p est changée en une couche semi-conductrice 10 du type n. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la couche semi-conductrice 9 du type p sur la couche épitaxiée 3 du type n a une concentration d'accepteurs et une épaisseur qui permettent à une couche d'appauvrisse- ment de s'étendre totalement à travers elle lors d'une polarisation nulle. De même, dans le mode de réalisa- tion de la figure 2, la couche semi-conductrice 10 du type n sur la couche épitaxiée 3 du type p a une concentration en donneurs et une épaisseur qui permettent à une couche d'appauvrissement de s'étendre totalement à travers elle avec une polarisation nulle. La couche semi- conductrice 9 du type p de la figure 1 et la couche semi-conductrice 10 du type n de la figure 2 peuvent être produites par diffusion d'impuretés ou implantation d'ions. La couche piézoélectrique 1, la couche isolante 2, les semi-conducteurs 3, 4, 9 et 10, les électrodes , 6 et 7, le condensateur CB et l'élément d'inductance LB peuvent être faits respectivement en matériaux connus appropriés. Le dispositif de l'invention produit un signal de sortie SSOR qui est proportionnel à un signal de convolution des signaux d'entrée S1 et S2 introduits aux bornes d'entrée comme dans le dispositif de l'art antérieur. Comme on l'a décrit, le dispositif de l'inven- tion est actionné à une polarisation nulle-ou sensi- blement nulle et effectue une opération fiable et sta- ble qui n'est pas affectée par des changements du temps pour actionner le dispositif, du fait de la capture ou de la création d'électrons ou de trous posi- tifs. - REVENDICATIONS - 1. Dispositif à onde acoustique de surface caractérisé en ce qu!il comprend: - un substrat semi-conducteur (4) de faible résistance à une première conductivité; - une couche semi-conductrice (3) à la première conductivité, prévue sur ledit substrat; - une couche semi-conductrice (9) à une seconde conductivité, prévue sur ledit substrat semi-conducteur de la première conductivité; - une couche isolante (2) prévue sur ladite couche semi-conductrice de la seconde conductivité; - une couche piézoélectrique (1) prévue sur ladite couche isolante; - une électrode de porte (5) prévue sur ladite couche piézoélectrique; - deux électrodes en peigne (7) prévues des deux côtés de ladite électrode de porte; et - One source de tension de polarisation (8) reliée à ladite électrode de porte, ladite couche semi- conductrice de la seconde conductivité ayant une concen- tration en impuretés et une épaisseur permettant à une couche d'appauvrissement de la traverser totalement lorsqu'une tension de polarisation fournie par ladite source de tension de polarisation est nulle. 2. Dispositif selon la revendication 1 carac- térisé en ce que le substrat précité est un semi- conducteur du type n+, la couche semi-conductrice de la première conductivité est une couche semi-conductrice épitaxiée du type n et la couche semi-conductrice de la seconde conductivité (9) est la surface de ladite couche épitaxiée changée en une couche semi-conductrice du type p. 3. Dispositif selon la revendication 1. carac- térisé en ce que le substrat précité est un semi- + conducteur du type p, la première couche semi-conduc- trice est une couche semi-conductrice épitaxiée du type p, et la couche semi-conductrice de la seconde conduc- tivité (10) est la surface de la couche épitaxiée qui est changée en une couche semi-conductrice du type n.