MÃ©moire de thÃ¨se de Nizar Ben Hassine_Finale - Laboratoire TIMA

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CHAPITRE-I: LA TELEPHONIE MOBILE ET LA TECHNOLOGIE A ONDES DE VOLUMEéquivalente du miroir de Bragg Z Bragg puis on calcule le coefficient de réflexion R pour l’ondelongitudinale à l'interface électrode inférieure/miroir de Bragg définie comme suit :RZéléctrode bragg= (Eq.1- 7)Zéléctrode− Z+ ZbraggDans le cas pratique, on utilise deux matériaux pour le réflecteur de Bragg d’impédance respective Z a,1pour la couche à faible impédance et Z a,2 pour la couche à forte impédance. Dans ce cas, la réflectivitéest approximée par la relation suivante [R.1.38] :R⎛ Z⎜⎝⎞⎟⎠Na,1= 1−⎜ZsubstratZ ⎟(Eq.1- 8)a,2où N/2 est nombre de paires de couches. Ainsi, la réflectivité du miroir de Bragg est fonction de lafréquence, du nombre de couches et du rapport des impédances acoustiques des deux couches.Différents couples de matériaux peuvent être utilisés pour le réflecteur de Bragg tels que W/SiO 2 ,SiN/SiOC et AlN/SiO 2 . Les critères principaux pour choisir les matériaux de miroir de Bragg sont lessuivants:• Un rapport d’impédance acoustique élevé (7,71 pour le réflecteur de Bragg W/SiO 2 le plus utilisé)• Une compatibilité avec les procédés de la microélectronique• Et de préférence des matériaux diélectriques pour éviter tout couplage entre les résonateursvoisins.Dans le cas d’utilisation de métaux (comme le tungstène W), il faut graver le métal en dehors deszones actives afin d'éviter des couplages capacitifs parasites.Un fort rapport d’impédance acoustique permet de réduire le nombre de couches de miroir de Braggpour obtenir une forte réflexion et permet d’élargir la bande de réflexion du miroir.Les FIG.1- 18 (a) et (b) montrent les résultats de simulation du module du coefficient de réflexion enfonction du choix des matériaux et en fonction du nombre de couches utilisées.(a)(b)FIG.1-19: Evolution de la réflectivité du miroir de Bragg en fonction du (a) couple de matériauxchoisi, de la fréquence et (b) du nombre de couches pour un miroir de Bragg en SiO 2 /W [R.1.14]En utilisant quatre couches (SiN/SiOC ou W/SiO 2 ), cette configuration en λ/4 conduit à une excellenteisolation sur une large plage de fréquence du mode fondamental en épaisseur (TE1) dont la résonanceet l’antirésonance seront utilisées par la suite pour construire le filtre (FIG.1-19). Toutefois, cette34Nizar Ben Hassine : « Eude de la fiabilité des composants BAW pour des applications RF »
CHAPITRE-I: LA TELEPHONIE MOBILE ET LA TECHNOLOGIE A ONDES DE VOLUMEconfiguration est mal adaptée pour isoler les modes transverses comme on le verra par la suite. Ainsi ilest nécessaire de procéder à une optimisation acoustique (cf. paragraphe I.5.5).I.5.4. La technologie BAW sur cavité résonante (HBAR):Les résonateurs HBAR (High Overtone Bulk Acoustic Resonator) sont aussi des résonateurs à ondesde volume [R.1.166] . Comme un FBAR, un résonateur HBAR est constitué d’une partie active qui est lacapacité MIM (appelée aussi transducteur) montée cette fois sur un matériau épais (500µm) (FIG.1-20) présentant un fort facteur de qualité acoustique Q a (tel que le Saphir : Q a =2.10 5 à 1GHz, le LiNbO 3 :Q a =10 5 à 1GHz) définit comme suit :Qa2ρv= (Eq.1- 9)2πfηoù η (en Pa.s) est la viscoélasticité. Des ondes stationnaires vont s’établir dans la cavité résonantecomme dans un interféromètre Fabry-Perot. Le transducteur va coupler une faible partie de son énergieavec le substrat de faible perte acoustique. Dans la mesure où les dimensions de la cavité résonantesont beaucoup plus importantes que celles du transducteur, la résonance et le facteur de qualité dudispositif sont ceux de la cavité qui emmagasine la plus grande part de l’énergie acoustique ce quipermet d’obtenir de fort facteur de qualité (64000 à 1,6GHz et 20000 à 2GHz). Comme lesdimensions de la cavité sont très grandes par rapport à celles du transducteur, la fréquence defonctionnement utilisée est un multiple de la fréquence fondamentale, ce qui explique cette appellationde High Overtone Acoustic Resonator. Ainsi, un HBAR est plutôt utilisé à haute fréquence commepartie résonante d’un oscillateur.(a)(b)FIG.1-20: (a) Configuration d’un HBAR, l’épaisseur du substrat est très grande comparée à celledu transducteur, (b) Ondes stationnaires dans le substrat, un HBAR avec un facteur de qualité de64000@1.6GHzToutefois, les dimensions ainsi que l’encombrement excessif du spectre autour de la fréquence derésonance (FIG.1- 21) choisie ne permettent pas d’envisager aujourd’hui l’utilisation des HBAR pourdes applications de filtrage à haute fréquence [R.1.148] . Dans la suite de cette étude, nous nous intéressonsprincipalement à la technologie étudiée dans ce mémoire qui est la technologie sur réflecteur de Bragg(SMR).Nizar Ben Hassine : « Eude de la fiabilité des composants BAW pour des applications RF »35
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