Study for power durability improvements of surface acoustic wave filters at radio frequency

Abstract

Les travaux proposés dans ce manuscrit font l'objet d'une première thèse CIFRE sur ce sujet entre l'Institut FEMTO-ST de Besançon et la société AR Electronique. L’objectif est de faciliter les travaux futurs d’amélioration des filtres à ondes élastiques de surface soumis à des signaux typiquement supérieurs à 10 dBm.Une étude bibliographique est réalisée afin d'identifier les origines et les mécanismes des défaillances de ce type de dispositif, tels que l'acoustomigration et l'autoéchauffement.Pour la réalisation de l’ensemble des expérimentations de la thèse, nous mettons en œuvre des configurations d’électrodes sur un filtre utilisé comme véhicule de test. La conception, l'assemblage et la calibration d'un banc de mesure et de caractérisation en puissance radiofréquence est réalisé. Des protocoles de tests sont proposés afin d'évaluer la tenue en puissance des prototypes mis en œuvre.Nous étudions des pistes d’améliorations portant sur l’arrangement cristallographique des électrodes, en nous basant sur les protocoles de tests développés, et l'évaluation de la tenue à la puissance de quatre configurations d’électrodes réalisées. Une orientation pour de futurs travaux est proposée pour accélérer les développements technologiques.La tenue à la puissance des filtres est également influencée par l’architecture de ces derniers. Une analyse portant sur l'autoéchauffement des filtres sous test est proposée et la caractérisation en puissance d’une seconde structure de filtre, fabriqué sur un substrat piézoélectrique composite, est réalisée. Nous proposons des axes de travail pour l’étude de nouvelles architectures de filtres.À partir des résultats obtenus de la thèse, nous proposons des améliorations sur les dispositifs à ondes élastiques de surface pour leur tenue à la puissance.The development proposed in this manuscript are subject of a CIFRE thesis between the FEMTO-ST Institute of Besançon and the AR Electronique company. In this context, a bibliographic review is done in order to identify the failure mechanisms stake when a surface acoustic wave device is submitted to a signal typically higher than 10 dBm. The acoustomigration, self-heating and device’s destruction are covered.We study sources of improvement based on the electrodes cristallographic orientations and the filter structure. With this aim, we fabricate several electrodes configurations, on a filter used as a testing vehicle.The designing, assembling and calibration of aninstrument for measuring the radio-frequency power durability is achieved. Several testing protocols are proposed for evaluating the power durability of the developed prototypes.An analysis of the self-heating of the tested filters is proposed.Using such developed protocols, an evaluation of the power durability of four different electrodes configuration is achieved. The caracterisation of the power durability of another structure of filter, based on a composite piezoelectric substrate, is achieved.Based on those results, propositions are given for improving the power durability of surface acoustic wave devices