Ondes élastiques guidées hautes fréquences dans des films minces de niobate de lithium sur saphir

High-frequency guided elastic waves in thin films of lithium niobate on sapphire

• Auteur / Autrice : Léa La Spina
• Direction : Samuel Margueron, Ausrine Bartasyte, Vincent Laude
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microtechniques
• Date : Soutenance le 06/11/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques (Besançon)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Gourdon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paul Muralt, Thibaut Devolder
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Solal, Marta Clement Lorenzo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Niobate de lithium

Ondes acoustiques de surface

Piézoélectricité

Mots clés libres

Caractérisation électrique

Propriétés physiques

Piézoélectricité

Ondes acoustiques

Niobate de lithium

Electrical characterisation

Physical properties

Piezoelectricity

Acoustic waves

Lithium niobate

Résumé

Cette thèse fait partie du projet ANR MAXSAW qui vise à développer des nouveaux composants fonctionnant dans le domaine RF, adaptés aux nouvelles fréquences 5G. Les filtres à ondes acoustiques de surface (SAW) sont largement utilisés pour distinguer les différentes fréquences des signaux RF. Malheureusement, la fréquence des filtres SAW classiques est limitée à 3,7 GHz. Les couches minces épitaxiales de LiNbO3 sur du saphir accueillent des ondes acoustiques guidées qui répondent à la demande d'atteindre des fréquences et une efficacité plus élevées. Nous avons tout d’abord produit des couches minces de LiNbO3 sur des substrats de saphir. Des films minces de bonne qualité cristalline ont été obtenus. Nous avons aussi étudié leurs propriétés acoustiques par le biais de simulations et confirmé les fréquences pouvant être atteintes avec ces structures. Puis, nous avons simulé, conçu et caractérisé des résonateurs SAW basés sur les couches minces de LiNbO3 déposées sur saphir et les avons comparés à l’état de l’art. Des dispositifs acoustiques prometteurs ont été obtenus. Pour finir, une application au projet MAXSAW est présentée.

This thesis is part of the ANR MAXSAW project, which aims to develop new components operating in the RF domain, adapted to the new 5G frequencies. Surface acoustic wave (SAW) filters are widely used to distinguish the different frequencies of RF signals. Unfortunately, the frequency of conventional SAW filters is limited to 3.7 GHz. Epitaxial thin films of LiNbO3 on sapphire host guided acoustic waves that meet the demand for higher frequencies and efficiency. We first produced LiNbO3 thin films on sapphire substrates. Thin films of good crystalline quality were obtained. We also studied their acoustic properties using simulations, and confirmed the frequencies achievable with these structures. The, we simulated, designed and characterized SAW resonators based on LiNbO3 thin films deposited on sapphire, and compared them with the state of the art. Promising acoustic devices were obtained. Finally, an application to the MAXSAW project is presented.