Etude et développement de matériaux micro/nano structurés pour l’ingénierie des bandes interdites dans les dispositifs électro-acoustiques à ondes de surface

Investigation of micro and nano structured materials for acoustic band gaps engineering in electro-acoustic devices

• Auteur / Autrice : Yu Du
• Direction : Philippe Pernod, Vladimir Preobrazhensky, Abdelkrim Talbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 05/10/2015
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille ; 1992-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN)
• Jury : Président / Présidente : Bahram Djafari-Rouhani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Bonello, Ouarda Legrani, Olivier Bou Matar-Lacaze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Morvan, Mohamed Badreddine Assouar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transducteurs piézoélectriques

Électrolyse

Absorption par résonance

Ondes acoustiques de surface

Cristaux phononiques

Mots clés libres

Cristaux phononiques

Ondes acoustiques de surface

Bandes interdites

Résonance locale

Electrodéposition

Polarisation

Micro-plots

Transducteurs interdigités

Phononic crystals

Surface acoustic waves

Band gaps

Local resonance

Electroplating

Polarization

Micro-pillars

Interdigital transducers

Résumé

Ce travail porte sur l’étude de matériaux micro/nano structurés permettant l’ingénierie des structures de bande dans le domaine des ondes élastiques. Nous nous sommes intéressés en particulier à l’intégration de ces matériaux dans les dispositifs électro-acoustiques et l’étude de l’interaction avec les ondes acoustiques de surface.La démarche consiste à mener des simulations par la méthode des éléments finis, pour calculer les structures de bande et les spectres de transmission. Nous avons étudié l’effet des paramètres géométriques et élastiques des micro-plots sur les branches acoustiques représentant les modes de surface. Nous avons ensuite discuté l’effet de la symétrie de l’arrangement sur la polarisation des modes de surface. Nous avons également étudié l’effet de la symétrie sur la sensibilité des modes de surface à une variation de température.Sur le plan expérimental, Nous avons élaboré des transducteurs inter-digités sur un substrat piézoélectrique de LiNbO3. Nous avons intégré divers cristaux phononiques composés de micro-plots de Ni, obtenues par électrodéposition. Les spectres de transmission ont été mesurés à l’aide d’un analyseur de réseau et comparés aux résultats theoriques.En dehors des cristaux phononiques basés sur des plots du nickel, d’autres structures ont également été présentées dans ce travail, incluant des matériaux bidimensionnels à base de nanoparticules magnétiques auto-assemblées et des nanofils du nickel électrodéposés à travers des membranes nano-poreuses d’alumine.

This work concerns the study of micro/nano structured materials for the engineering of band structures in the field of elastic waves. We were interested in particular to the integration of these materials in electro-acoustic devices and the study of the interaction with the surface acoustic waves.The approach is to carry out the simulation using the finite element method to calculate the band structures and the transmission spectra. We studied the effect of geometrical and elastic parameters of micro-pillars on acoustic branches representing surface modes. Then we discussed the effect of the symmetry of the arrangement on the polarization of the surface modes. We also investigated the effect of the symmetry on the sensitivity of surface modes with the variation of temperature.Experimentally, we have developed interdigital transducers on a piezoelectric substrate of LiNbO3. We have fabricated various phononic crystals composed of nickel micro-pillars, obtained by electrodeposition. The transmission spectra were measured by a network analyzer and compared with the theoretical results.Besides the phononic crystals based on nickel pillars, some other periodic micro/nano structures were also involved in this work, such as two dimensional materials based on self-assembled magnetic nanoparticles and nickel nanowires electroplated through nano-porous alumina membranes.