Jury :

• Emmanuel LE CLEZIO
• Guillermo VILLANUEVA
• Olivier BOU MATAR
• Alexandre REINHARDT
• Claire PRADA

Summary:

Le concept des résonateurs hybrides SAW/BAW (HSB) a été introduit en 2013. Il se base sur un arrangement périodique de transducteurs piézoélectriques sur un substrat, combinant les avantages des dispositifs à ondes de volume et des dispositifs à ondes de surface. Une étude initiale portant sur l’AlN a permis d’optimiser deux modes de résonance atteignant respectivement des coefficients de couplage électromécanique de 1% et 1,8% à envi-ron 1 GHz et 2,4 GHz. Ces résultats ont été confirmés par deux cycles de fabrication, mettant en évidence des facteurs de qualité élevés, allant jusqu’à 3700 à la résonance et 3300 à l’antirésonance pour le premier mode à 600 MHz, et jusqu’à 1900 à la résonance et 1700 à l’antirésonance pour le second mode à 2,8 GHz. Afin d’améliorer ces coefficients de couplage électromécanique, nous avons évalué l’utilisation de matériaux piézoélectriques tels que le AlScN et le niobate de lithium (LNO). Une étude théorique a été réalisée, montrant la possibilité d’atteindre un coefficient de couplage électromécanique de 38% à 500 MHz et de 28% à 1,8 GHz pour le LNO. De nouveaux procédés de fabrication sont introduits, et des résultats préliminaires sont présentés. Enfin, nous avons mis en évidence l’existence d’un nouveau mode qui peut atteindre, sous certaines conditions spécifiques, des fréquences supérieures à 4 GHz avec des coefficients de couplage électromécaniques de 7% pour l’AlN et 16% pour le LNO.

Abstract:

The concept of hybrid SAW/BAW (HSB) resonators was introduced in 2013. It is based on a periodic arrangement of piezoelectric transducers on a substrate, combining the advantages of volume wave devices and surface wave devices. An initial study using AlN enabled two resonance modes to be optimised, achieving electromechanical coupling coefficients of 1% and 1.8% respectively at around 1 GHz and 2.4 GHz. These results were confirmed by two manufacturing cycles, demonstrating high quality factors of up to 3700 at resonance and 3300 at antiresonance for the first mode at 600 MHz, and up to 1900 at resonance and 1700 at antiresonance for the second mode at 2.8 GHz. To improve these electromechanical coupling coefficients, we evaluated the use of piezoelectric materials such as AlScN and lithium niobate (LNO). A theoretical study has been carried out, showing the possibility of achieving an electromechanical coupling coefficient of 38% at 500 MHz and 28% at 1.8 GHz for LNO. New manufacturing processes are introduced, and preliminary results are presented. Finally, we have highlighted the existence of a new mode which, under certain specific conditions, can reach frequencies above 4 GHz with electromechanical coupling coefficients of 7% for AlN and 16% for LNO.