Etude théorique et expérimentale de dispositifs à ondes élastiques de surface (O. E. S) à base des structures multicouches : ZnO/Quartz, AIN/Diamant et ZnO/AIN/Diamant

Theoretical and experimental investigation of surface acoustic wave (SAW) devices based on the multilayer structures ZnO/Quartz, AlN/Diamond and ZnO/AlN/Diamond

• Auteur / Autrice : Mohamed El Hakiki
• Direction : Patrick Alnot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Microsystèmes
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitrure d'aluminium

Zinc

Surfaces

Diamant

Dispositifs à ondes acoustiques de surface

Ondes élastiques

Résumé

Ce mémoire avait l'objectif de modéliser, réaliser et caractériser des dispositifs SAW à base de structures multicouches à savoir : ZnO/Quartz, AlN/Diamant et ZnO/AlN/Diamant, pour les applications capteurs et hautes fréquences. La première partie de ce mémoire a été consacrée à l'étude théorique de modélisation de structures multicouches de dispositifs SAW. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons présenté les procédés technologiques nécessaires pour la fabrication de ces dispositifs, ainsi nous avons également présenté les méthodes de caractérisation des principaux paramètres de ces dispositifs. Concernant La troisième partie, nous avons étudié les dépôts de films de diamant, d'oxyde de zinc et de nitrure d'aluminium. Nous avons également proposé une solution originale consistant à utiliser la face de nucléation du diamant auto-supporté qui présente une bonne qualité morphologique permettant d'assurer une bonne propagation des ondes élastiques. Dans la dernière partie, nous avons réalisé des capteurs SAW à base de structure ZnO/Quartz stables aux variations thermiques et présentant de bonnes sensibilités. Nous avons également réalisé des filtres SAW à base de structure AlN/diamant fonctionnant à haute fréquence tout en offrant de bonnes qualités de filtrage. Enfin, nous avons étudié et réalisé une structure originale, ZnO/AlN/Diamant, combinant un grand coefficient de couplage électromécanique et une grande vitesse de propagation.

We investigate in this work the multilayer structures ZnO/Quartz, AlN/Diamond and ZnO/AlN/Diamond for designing SAW sensors and high frequency SAW filters. Beginning with a theoretical study that we have developed for modelling the SAW structures, we discuss then the technological processes used for preparing such devices and also the characterisation methods implemented to determine the device principal parameters. We describe subsequently an original method that we have established for SAW device design of the deposits on the diamond. The films are grown in this method on the unpolished nucleation side of the freestanding CVD diamond. These nucleation side have good morphological qualities which enhance the acoustic wave propagation. The ZnO/Quartz-based SAW sensors and AlN/Diamond-based SAW filters that we have designed are then presented and discussed as to their performances. While the sensors show a high sensibility and a low temperature coefficient, the filter can be operate at high frequencies without loosing its filtering capacity. Finally, a. New SAW device based on ZnO/AlN/Diamond combining high phase velocity and high electromechanical coupling coefficient has been investigated for GHz-band applications.