INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’électrode de nucléation 21 formée sur le substrat 10 est de préférence stœchiométrique. Elle présente une épaisseur e2 comprise entre 10 et 1000 nanomètres, par exemple de l’ordre de 100 nm. L’épaisseur e2 de l’électrode de nucléation 21 peut être choisie en fonction de la qualité cristalline souhaitée.
La couche piézoélectrique 30 LN/LT est à base de niobate de lithium LiNbO3 ou de tantalate de lithium LiTaO3, ou encore un alliage du type Li(Ta,Nb)O3. Cette couche 30 peut être formée par une technique de dépôt physique ou chimique, par exemple et de façon préférée par ablation laser pulsée PLD. Elle peut être alternativement formée par l’une des techniques suivantes: dépôt chimique en phase vapeur (CVD, acronyme de chemical vapor deposition), préférentiellement dépôt chimique en phase vapeur à précurseurs métal-organiques (MOCVD, acronyme de metal organic chemical vapor deposition), pulvérisation cathodique PVD (sputtering), épitaxie par jet moléculaire (MBE, acronyme de Molecular Beam Epitaxy).
La couche piézoélectrique 30 LN/LT est avantageusement épitaxiée sur l’électrode de nucléation 21. Elle peut être monocristalline ou polycristalline, avec par exemple une orientation préférentielle. Une orientation selon un plan de croissance (0001) peut être typiquement choisie. Cela permet de maximiser la vitesse de propagation des ondes acoustiques au sein de la couche 30 LN/LT. D’autres orientations peuvent être choisies en fonction de l’application désirée.
La couche 30 LN/LT formée sur l’électrode de nucléation 21 est de préférence stœchiométrique, par exemple Li 1 Nb 1 O 3 . Le pourcentage atomique de lithium est idéalement proche de 50 %. La couche 30 LN/LT présente une épaisseur e3 comprise entre 50 nanomètres et quelques centaines de nanomètres ou quelques microns, par exemple de l’ordre de 500 nm. L’épaisseur e3 de la couche 30 LN/LT peut être choisie en fonction de la fréquence de résonance souhaitée.
Selon une possibilité, l’électrode de nucléation 21 et la couche 30 LN/LT sont toutes deux réalisées in situ par PLD dans un même réacteur de croissance. La croissance de la couche 30 LN/LT peut ainsi être réalisée directement après la fin de croissance de l’électrode de nucléation 21. Cela permet d’éviter une remise à l’air de l’électrode de nucléation 21 avant épitaxie de la couche 30 LN/LT. La surface de l’électrode de nucléation 21 n’est donc pas contaminée, ni polluée, ni oxydée. Cela évite une étape de nettoyage intermédiaire. La durée du procédé est ainsi diminuée. Cela permet également de limiter l’apparition de rugosité lors de la formation de la couche 30 LN/LT. L’état de l’interface entre la couche 30 LN/LT et l’électrode de nucléation 21 n’est donc pas modifié et la surface de la couche 30 LN/LT est ainsi optimisée.
La deuxième électrode 22 est typiquement à base d’un matériau d’électrode électriquement conducteur. Selon une possibilité, ce matériau d’électrode peut également présenter une forte impédance acoustique. Le platine, l’aluminium ou le molybdène peuvent être choisis comme matériau d’électrode. La deuxième électrode 22 peut être structurée de façon à présenter des motifs d’électrode. Une telle électrode 22 est typiquement formée par lithographie/gravure à partir d’une couche électriquement conductrice déposée sur la couche 30 LN/LT. Dans les dispositifs électro-acoustiques 1 selon la présente invention, la couche piézoélectrique 30 est prise en sandwich entre les première et deuxième électrodes 21, 22, selon la direction verticale z. La couche piézoélectrique 30 est de préférence directement au contact des première et deuxième électrodes 21, 22.
La illustre un autre mode de réalisation du dispositif 1. Dans cet exemple, le dispositif 1 est un filtre BAW de type FBAR. Les caractéristiques des différents éléments décrits ci-dessus dans le cas du BAW HBAR (substrat, électrode de nucléation, couche piézoélectrique, deuxième électrode) sont également valables dans les modes de réalisation qui suivent, mutatis mutandis . En plus des éléments décrits ci-dessus, le BAW FBAR comprend une cavité 40 formée dans le substrat 10, sous la couche piézoélectrique 30 et l’électrode de nucléation 21.
Cette cavité 40 peut être formée par gravure du substrat 10 au travers d’une ouverture de l’électrode de nucléation 21. Avantageusement, dans le cas d’un substrat silicium et d’une électrode de nucléation 21 en TiN, la sélectivité de gravure S Si :S TiN entre le Si et le TiN est suffisamment élevée, typiquement supérieure à 5:1, de façon à ce que l’électrode de nucléation 21 ne soit pas endommagée lors de la gravure du silicium. La gravure du silicium peut se faire en gravure humide à base d’une solution d’ammoniaque diluée NH4OH ou d’hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH). L’électrode de nucléation 21 forme dès lors, avec la couche piézoélectrique 30, une membrane suspendue au-dessus de la cavité 40.
La cavité 40 est de préférence formée à l’aplomb de la couche piézo-électrique 30. Elle peut s’étendre de part et d’autre des bords 31, 32 de la couche piézoélectrique 30, en projection dans le plan xy.
Les figures 3A, 3B illustrent différents modes de réalisation d’un dispositif 1 de type BAW-SMR. Dans ces dispositifs, en plus des éléments du BAW HBAR, un empilement 50 de couches 51, 52 formant un réflecteur de Bragg « acoustique » est intercalé entre le substrat 10 et l’électrode de nucléation 21.
Cet empilement 50 est de préférence épitaxié sur le substrat 10. Il présente de préférence une conduction électrique au travers de l’ensemble des couches 51, 52. Dans le mode de réalisation illustré à la , les contacts électriques 41, 42 sont réalisés d’un même côté du dispositif 1, typiquement en face avant 101, directement sur les première et deuxième électrodes 21, 22. Dans le mode de réalisation illustré à la , les contacts électriques 41, 42 sont réalisés sur deux côtés opposés du dispositif 1, typiquement en face avant 101 sur l’électrode 22 et en face arrière 100 du substrat 10. La première électrode 21 est alors indirectement contactée via le substrat 10 et l’empilement 50. Cela permet d’éviter une reprise de contact en face avant pour la première électrode 2, qui se trouve sous la couche piézo-électrique 30. Le nombre d’étapes du procédé est ainsi réduit. Cela permet avantageusement d’augmenter la surface exploitable de la couche piézoélectrique 30 en face avant, dans le plan xy.
De préférence, un premier interrupteur du premier bras de commutation relié à une première extrémité de la capacité et à une première extrémité de l’inductance et un premier interrupteur du deuxième bras de commutation relié à la deuxième extrémité de la capacité et à la deuxième extrémité de l’inductance sont commandés par un premier signal de commande de fréquence égale à la fréquence de résonance du filtre d’entrée, et un deuxième interrupteur du premier bras de commutation relié à la deuxième extrémité de la capacité et à la première extrémité de l’inductance et un deuxième interrupteur du deuxième bras de commutation relié à la première extrémité de la capacité et à la deuxième extrémité de l’inductance sont commandés par un deuxième signal de commande de fréquence égale à la fréquence de résonance du filtre d’entrée, et le pilotage des interrupteurs comprend l’ajustement du rapport cyclique des premier et deuxième signaux de sorte que le courant circulant dans la capacité soit inférieur ou égal au deuxième seuil.
L’invention a également pour objet un dispositif de compensation active de surcharge de courant pour filtre d’entrée d’un convertisseur de puissance, le filtre d’entrée étant d’ordre au moins égal à deux et comportant une capacité, le dispositif étant destiné à être relié en parallèle à la capacité et comportant des moyens de détection configurés pour détecter une surcharge de courant dans le filtre d’entrée à la fréquence ou proche de la fréquence de résonance du filtre à partir de la comparaison d’une estimation du courant circulant dans la capacité du filtre d’entrée à un premier seuil prédéterminé.
Le dispositif comprend en outre une source de courant active de compensation configurée pour :
- injecter un courant de compensation dans le filtre d’entrée lors de la détection d’une surcharge de courant afin de réduire la surcharge de courant, et
De préférence, les moyens de détection comprennent :
- des moyens de mesure configurés pour mesurer la tension aux bornes de la capacité du filtre,
- un filtre passe-bande centré sur la fréquence de résonance du filtre d’entrée configuré pour filtrer la tension mesurée,
- des moyens de dérivation temporelle configurés pour obtenir une estimation du courant à la résonance traversant la capacité en dérivant la tension filtrée par rapport au temps, et
- des moyens de comparaison configurés pour comparer l’estimation du courant au premier seuil, et déterminer une surcharge de courant dans le filtre d’entrée si l’estimation du courant est supérieure ou égale au premier seuil.
Avantageusement, la source de courant active de compensation comprend une inductance, un premier bras de commutation et un deuxième bras de commutation reliés chacun en parallèle avec la capacité du filtre d'entrée et formés chacun par deux interrupteurs reliés en série, le point milieu de chaque bras de commutation étant relié à une extrémité différente de l'inductance, et comporte en outre des moyens de commande configurés pour :
- commander les interrupteurs afin de précharger l'inductance de sorte que le courant de compensation traversant l'inductance est égal à une valeur de courant de précharge prédéterminée,
- lorsque le courant de compensation est égal à la valeur du courant de précharge, commander les interrupteurs de sorte que l’estimation du courant circulant dans la capacité soit inférieure ou égale au deuxième seuil, et
De préférence, un premier interrupteur du premier bras de commutation est relié à une première extrémité de la capacité et à une première extrémité de l’inductance, un premier interrupteur du deuxième bras de commutation est relié à la deuxième extrémité de la capacité et à la deuxième extrémité de l’inductance, un deuxième interrupteur du premier bras de commutation est relié à la deuxième extrémité de la capacité et à la première extrémité de l’inductance, et un deuxième interrupteur du deuxième bras de commutation est relié à la première extrémité de la capacité et à la deuxième extrémité de l’inductance, les moyens de commande étant en outre configurés pour :
- délivrer un premier signal de commande de fréquence égale à la fréquence de résonance du filtre d’entrée sur des entrées de commandes des premiers interrupteurs,
On entend par un substrat, un empilement, une couche, « à base » d’un matériau A, un substrat, un empilement, une couche comprenant ce matériau A uniquement ou ce matériau A et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage et/ou des éléments dopants. Ainsi, un substrat à base de silicium s’entend par exemple d’un substrat Si, Si dopé, SiC, SiGe. Une couche à base de TiN s’entend par exemple d’une couche TiN, TiN dopée, ou des alliages de TiN.
On entend par « conducteur électrique » un matériau présentant une valeur de résistivité inférieure à 10000 µOhm.cm, de préférence inférieure à 300 µOhm.cm, et encore préférentiellement inférieure à 100µOhm.cm, notamment pour un conducteur électrique formé par une électrode inférieure.
Dans le cadre de la présente invention, plusieurs dispositifs électro-acoustiques de type BAW peuvent être envisagés. Ces dispositifs sont par exemple : le BAW-SMR (acronyme de « solidly mounted resonator »), qui comprend typiquement un empilement de couches présentant alternativement des impédances acoustiques fortes et faibles, l'ensemble jouant le rôle d'un réflecteur de Bragg ; le BAW-HBAR (acronyme de « High overtone Bulk Acoustic Resonator ») ; c’est le substrat lui-même qui est le lieu d'ondes stationnaires, typiquement sur plusieurs dizaines ou centaines de micromètres ; le BAW-FBAR (acronyme de « Film Bulk Acoustic Resonator ») ; c'est une membrane, séparée du substrat par une zone de vide, qui est en résonance.
Dans le cadre de la présente invention, un nitrure réfractaire de transition est un nitrure d’un métal de transition ou élément de transition (élément dont les atomes ont une sous-couche électronique d incomplète, ou qui peuvent former des cations dont la sous-couche électronique d est incomplète). Ces éléments sont regroupés au sein du bloc d du tableau périodique des éléments.
Dans les exemples décrits ci-dessous, la couche LN/LT illustrée est à base de niobate de lithium LiNbO3. Une couche de tantalate de lithium LiTaO3 ou une couche à base d’un alliage Li(Nb,Ta)O3 peut être substituée à cette couche de niobate de lithium LiNbO3 dans le cadre de cette invention. Ainsi, toutes les caractéristiques et tous les effets techniques mentionnés à propos du LiNbO3 sont parfaitement applicables et combinables à une couche de LiTaO3 ou de Li(Nb,Ta)O3.
Des analyses en diffraction des rayons X, par exemple en configuration 2θ, ou en rotation selon φ et/ou Ω (phi-scan et omega-scan), peuvent être effectuées de manière à déterminer la qualité cristalline des couches LN/LT et des électrodes ou couches de nucléation, et leur relation d’épitaxie.
La illustre en coupe transverse un dispositif 1 de type filtre BAW HBAR, selon un mode de réalisation de l’invention. Ce dispositif 1 comprend typiquement un substrat 10 à base de silicium sur lequel est formée une première électrode 21 à base de nitrure de titane TiN. Une couche 30 de niobate de lithium LiNbO3 est directement au contact de la première électrode 21. Une deuxième électrode 22 surmonte la couche 30 piézoélectrique LN/LT.
Préférentiellement, comme illustré sur la , l’encapsulation 8 est disposée de façon à laisser un espace entre ladite encapsulation 8 et la couche tampon 4. Cet espace définit typiquement une troisième zone 300 entre la première zone 100 et la deuxième zone 200. Laisser un tel espace entre l’encapsulation 8 et la couche tampon 4 permet de tolérer un éventuel désalignement entre la localisation de la couche tampon 4 et la formation de l’encapsulation 8, typiquement définie par un aligneur de masque. Cela permet également d’améliorer l’accès aux solutions de gravure isotropes. La gravure de la couche additionnelle de masquage 9 et/ou de la couche tampon 4 est ainsi améliorée.
Dans un exemple où le procédé ne comprend pas le dépôt d’une couche additionnelle de masquage 9, il est également possible et avantageux de laisser un espace entre le flanc 80 de l’encapsulation 8 et le flanc 40 de la couche tampon 4.
Avantageusement, la première gravure, ou la deuxième gravure, ou la première et la deuxième gravures sont anisotropes. Une attaque normale au plan du substrat 1 et non dans toutes les directions de l’espace a en effet l’avantage de limiter la détérioration du flanc 80 de l’encapsulation 8 protégeant les structures 3D 6, et donc d’anticiper toute altération des structures 3D 6.
Préférentiellement, la surface de la couche tampon 4 projetée dans le plan du substrat 1 est configurée pour recouvrir intégralement une zone d’intérêt sous-jacente choisie parmi une zone de marques d’alignement ou une zone de mesure ellipsométrique ou tout autre zone ou motif d’intérêt dont on souhaite conserver la planéité et/ou la visibilité. Cela permet, une fois la couche tampon 4 retirée par gravure, d’avoir un accès visuel à cette zone d’intérêt sous-jacente.
Les paramètres de la deuxième gravure sont choisis de façon à conserver une épaisseur de couche de masquage 3 après la gravure totale de la couche tampon 4. Plus particulièrement, la vitesse de gravure du matériau de la couche tampon 4 est significativement supérieure à celle du matériau de la couche de masquage 3. De préférence, elle est cinq fois supérieure, et de façon encore plus avantageuse, elle est dix fois supérieure. Une bonne sélectivité de gravure entre ces deux matériaux permet lors de la deuxième gravure de retirer efficacement la couche tampon 4 sans retirer ou endommager la couche de masquage 3.
Avantageusement, les structures 3D sont de préférence en GaN. Elles peuvent alternativement être en GaInN, GaAs, GaInAs, InP, InAsP, GaSb ou encore une combinaison de ces matériaux.
Le procédé peut également comprendre le dépôt d’autres couches, comme par exemple une couche antireflet déposée sur la couche de nucléation. Dans cet exemple, des ouvertures sont réalisées dans la couche antireflet, préférentiellement de façon simultanée à la formation des ouvertures 5 dans la couche additionnelle de masquage 9 et dans la couche de masquage 3, de façon à exposer la couche de nucléation 2.
Afin de pallier un potentiel désalignement entre la couche tampon 4, dont les dimensions sont déterminées par exemple par le placement d’un photorépétiteur sur des marques d’alignement, et la gravure de cette même couche tampon 4, dont la localisation dépend plutôt d’un aligneur de masque, il est préférable que les dimensions de la zone de gravure soient supérieures à celles de la couche tampon 4.
De ce fait, la couche de masquage 3 avoisinant la couche tampon 4 subit elle aussi l’étape de gravure de la couche tampon 4.
Dans le cas où une couche additionnelle de masquage 9 a été déposée, les zones de cette couche additionnelle 9 déposées contre les flancs de la couche tampon 4 subsistent au moins partiellement après gravure de la couche tampon 4, formant ainsi des excroissances dans la direction z, comme représenté sur la .
A la fois la surgravure et les excroissances de la couche de masquage 3 sont détectables par une coupe transversale, ce qui constitue un indice de la mise en œuvre du présent procédé.
Cette détection peut être effectuée à partir d’analyses de microscopie électronique, en particulier par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ou par Microscopie Electronique en Transmission (MET ou TEM).
En particulier, le nombre, la forme et le matériau des structures 3D peuvent être adaptés en fonction des dispositifs optoélectroniques. Des matériaux autres que ceux mentionnés peuvent également être utilisés pour la confection de la couche de masquage 3, la couche tampon 4, la couche additionnelle de masquage 9 et l’encapsulation 8.
Procédé de transfert d’une couche La présente invention concerne, en général, un procédé de transfert d’une couche. Ce procédé permet avantageusement de transférer une couche de bonne qualité cristalline, depuis un substrat donneur vers un substrat receveur. Une application particulièrement intéressante de la mise en œuvre de ce procédé est la fabrication de dispositifs électro-acoustiques, par exemple des dispositifs à onde acoustique de surface ou à onde acoustique de volume, sur un substrat receveur à base de silicium.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les résonateurs basés sur une structure de type « onde acoustique de surface » dite SAW (acronyme de « Surface Acoustic Wave ») ou de type « onde acoustique de volume» dite BAW (acronyme de « Bulk Acoustic Wave ») sont couramment utilisés pour réaliser des filtres radiofréquences (RF). Le cœur de ces résonateurs est composé d’un matériau piézoélectrique qui influence les propriétés finales du filtre.
En variante, les moyens de détection 24 et les moyens de commande 41 sont intégrés dans une unité de traitement.
Le filtre 15 peut en outre comprendre un capteur de température 42 et un contrôleur 43 relié au capteur de température 42 et aux moyens de commande 41.
Le capteur 42 mesure la température de la capacité 21 et délivre la valeur mesurée au contrôleur 43.
A partir de la température mesurée, le contrôleur 43 détermine et transmet aux moyens de commande 41 un courant de consigne Icons (visible sur la ).
Le contrôleur 43 comprend par exemple une table reliant les valeurs de température mesurées aux valeurs de courant de consigne Icons.
En variante, le courant de consigne Icons est une valeur fixe prédéterminée.
La illustre un exemple de réalisation des moyens de détection 24.
Ils comprennent un comparateur 44, un filtre passe-bande 45, des moyens de dérivation temporelle comprenant par exemple un dérivateur 46, un circuit de détection crête 47 et des moyens de comparaison comportant un comparateur à hystérésis 48.
Le comparateur à hystérésis 48 est réglé selon les premier et deuxième seuils S1, S2.
Le comparateur 44 détermine la tension V21 aux bornes de la capacité 21 et délivre la valeur de la tension V21 au filtre passe-bande 45.
La filtre passe-bande 45 centrée sur la fréquence de résonance filtre la tension V21 de manière à conserver les fréquences de la tension V21 autour de la fréquence et délivre la tension filtrée Vf au dérivateur 46.
Le dérivateur 46 dérive la tension filtrée Vf par rapport au temps pour obtenir l’estimation Iest du courant à la résonance circulant dans la capacité Ic.
L’estimation Iest du courant est transmise au circuit de détection crête 47 qui extrait l’amplitude Aest du courant estimé Iest.
Le comparateur à hystérésis 48 génère le signal S242 à partir de la comparaison de l’amplitude Aest aux premier et deuxième seuils S1, S2.
Si l’amplitude Aest est supérieure ou égale au premier seuil S1, une surcharge de courant dans le filtre 15 est détectée par les moyens de détection 24.
Le deuxième signal S242 généré par le comparateur à hystérésis 48 autorise l’injection d’un courant de compensation Icomp par la source de courant 25.
L’étape c) est avantageusement exécutée de sorte que l’injection de l’agent oxydant 4 est démarrée durant la deuxième phase P 2 ., après l’activation électrique des dopants de type n et des dopants de type p.
L’étape c) est avantageusement exécutée de sorte que l’agent oxydant 4 comporte du dioxygène O 2 .
Le second instant t 2 définit, avec la température de recuit T A , un second budget thermique adapté à la première concentration surfacique de sorte que les première et seconde couches d’oxyde 5a, 5b, formées entre les premier et second instants t 1 , t 2 , présentent respectivement des première et seconde épaisseurs, la première épaisseur étant prédéterminée. Plus précisément, la première épaisseur est prédéterminée en fonction de l’épaisseur souhaitée de la première couche de polysilicium 3’a à l’issue de l’étape d) et donc de la consommation de la quantité de matière (polysilicium) correspondante. Le second budget thermique est adapté à la première concentration surfacique pour former la première couche d’oxyde 5a selon la première épaisseur prédéterminée. La seconde épaisseur dépend du second budget thermique (et donc de la première épaisseur prédéterminée) et de la seconde concentration surfacique.
L’étape d) est avantageusement exécutée de sorte que l’injection de l’agent oxydant 4 est arrêtée durant la deuxième phase P 2 . À titre d’exemple non limitatif, la durée s’écoulant entre les premier et second instant t 1 , t 2 peut être de l’ordre de quelques minutes.
Selon une alternative, l’étape d) peut être exécutée de sorte que l’injection de l’agent oxydant 4 est arrêtée durant la troisième phase P 3 , dès lors que le second budget thermique est adapté pour obtenir la première épaisseur prédéterminée pour la première couche d’oxyde 5a, et par là-même l’épaisseur désirée pour la première couche de polysilicium 3’a.
L’étape d) est avantageusement exécutée de sorte que les première et seconde épaisseurs sont supérieures ou égales à 2 nm, de préférence comprise entre 5 nm et 30 nm. À titre d’exemple non limitatif, la première épaisseur prédéterminée peut être comprise entre 10 nm et 15 nm. À titre d’exemple non limitatif, la seconde épaisseur peut être comprise entre 3 nm et 5 nm. À titre d’exemple non limitatif, la première couche de polysilicium 3’a peut présenter une épaisseur de 6 nm (± 1 nm) à l’issue de l’étape d).
Comme illustré aux figures 1 (1e) et 2 (2e), le procédé comporte avantageusement une étape e) consistant à retirer les première et seconde couches d’oxyde 5a, 5b formées entre les premier et second instants t 1 , t 2 ; l’étape e) étant exécutée après l’étape d), de préférence par une solution d’acide fluorhydrique HF, plus préférentiellement dilué. L’étape e) peut également être exécutée par des vapeurs d’acide fluorhydrique HF pour réduire les intrants chimiques. Selon une autre possibilité, l’étape e) peut être exécutée par une gravure plasma, de préférence avec un plasma fluoré pour réduire les intrants chimiques.