Caractérisation et modélisation thermique des résonateurs BAW en vue de leur intégration dans des architectures d'oscillateurs à fréquence stable

= Characterization and thermal modeling of BAW resonators for their integration into architectures frequency stable oscillators

• Auteur / Autrice : David Petit
• Direction : Daniel Barbier, Jacques Verdier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositif de l'électronique Intégrée
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble1967-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : STMicroelectronics (Crolles, Isère, France)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes microélectromécaniques

Oscillateurs

Cavités résonnantes (acoustique)

Résumé

Le nombre de composant discret dans les modules RF des téléphones portables a considérablement diminué ces dernières années malgré le développement de fonctions complexes et l'arrivée de nouveaux standards. Le résonateur piézoélectrique pour des fréquences micro-ondes réalisé avec un résonateur à onde de volume (BAW) est une alternative prometteuse au quartz pour les applications de la téléphonie. Ces résonateurs présentent une petite taille, une fréquence très stable en fonction de la température, une faible consommation ainsi qu'un faible coût de production. Leur principal inconvénient étant leur incapacité à s'intégrer sur un substrat de silicium. Par contre, la technologie BAW offre la possibilité d'une intégration sur une seule puce qui permettra de diminuer le volume et le coût de fabrication. Les dispositifs BAW sont utilisés principalement dans les fonctions filtrages. Nous proposons dans cette thèse de l'utiliser pour réaliser des fonctions oscillateurs. Dans cette fonction, les caractéristiques les plus importantes sont le comportement en température, le facteur de qualité et la fréquence de fonctionnement. Ce manuscrit commence par un état de l'art des fonctions oscillateurs existantes à ce jour. Un modèle de Mason en température a été construit reposant sur la mise en place de caractérisations spécifiques des propriétés mécaniques de chaque matériau qui composent le résonateur BAW. Des études acoustiques couplées à des mesures RF ont permis d'optimiser le facteur de qualité d'un résonateur BAW compensé en température. Enfin, un empilement spécifique de résonateur BAW associé à une fonction oscillateur a permit d'atteindre les spécifications en température d'un VCXO.

The number of discrete components in RF modules for mobile phones has fallen sharply in recent years despite the development of complex functions and the arrival of new standards. The piezoelectric resonator for microwave frequencies achieved with a wave resonator (BAW) is a promising alternative to quartz for telephony applications. These resonators have a small size, a very stable frequency according to temperature, low consumption and low cost of production. Their main disadvantage is their inability to integrate on a silicon substrate. By cons, BAW technology offers the possibility of integration on a single chip will reduce the volume and cost of manufacture. BAW devices are used primarily in filtering functions. We propose here to use it to perform functions of oscillators. In this function, the most important characteristics are the temperature characteristics, the quality factor and operating frequency. This manuscript begins with a state of the art of existing functions oscillators to date. A model of Mason temperature was constructed based on the establishment of specific characterization of mechanical properties of each material that make up the BAW resonator. Acoustic surveys coupled with RF measurements were used to optimize the quality factor of a temperature compensated BAW resonator. Finally, a specific stack associated with a BAW resonator based oscillator was allowed to reach the temperature specifications of a VCXO.