Synthèse Pure Premium Quartz (PPQ) pour résonateurs SAW au-delà de l'état de l'art
Contexte, motivation et objectif
Le cristal de quartz est un matériau clé pour le développement des premières générations de téléphones portables dotés de filtres de fréquence fonctionnant dans la gamme de fréquences 70-350 MHz avec un facteur de qualité multiplié par la fréquence (Q×f) pour atteindre des valeurs de produits. environ 9×1012. Les développements récents visent à développer un oscillateur à faible bruit de phase, tirant parti de la compacité, de la stabilité en température et de la qualité de résonance des résonateurs construits sur la famille dite AT-cut définie en utilisant la notation standard IEEE Std-176 comme (YXl< /i>)/θ avec θ allant de 28 à 40°.
La R&D sur le quartz ayant fortement diminué au cours des dernières décennies, la possibilité d'améliorer les valeurs de mérite Q×f, comme indiqué ci-dessus, était presque hors de portée. Notre équipe a relancé la R&D sur la haute qualité depuis quelques années, avec succès à la fois dans une nouvelle génération d'autoclave, dans la pureté des cristaux de quartz et dans une plus grande taille. Des progrès ont également été réalisés dans la fabrication de plaquettes grâce à une nouvelle technologie de découpage.
Dans le présent travail, nous présentons les résultats obtenus sur des plaquettes PPQ permettant un Q×f égal à 9×1012 dans des conditions ambiantes, permettant ainsi potentiellement de dépasser une valeur de 1013 sous vide.
Déclaration de contribution/Méthodes
Dans le travail proposé, nous avons développé un procédé innovant de synthèse du Quartz capable de fournir un cristal présentant à la fois des caractéristiques, une très haute qualité (qualité PPQ), et aussi grande pour une plaquette AT de 100 mm. Cette qualité PPQ est caractérisée selon les normes IEC 60 758 et JIS C 6704, comme la meilleure note pour toutes les spécifications (absorption infrarouge : α 3500cm-1 < /span><0,026 - Canaux de gravure : Grade Ia <5/cm² - impureté <100ppb). Nos différents exemples de cristaux de quartz de très haute pureté synthétisés pour produire des plaquettes AT de 100 mm de diamètre (4 pouces) étaient compatibles avec la fabrication industrielle de dispositifs SAW. Bien que plutôt fragiles, les tranches ont passé avec succès l’ensemble du processus initial de fabrication de résonateurs à résonance multiple construits à l’aide de réseaux d’électrodes Al-Cu. Deux transducteurs interdigités (IDT) fonctionnant hors des conditions de Bragg ont été utilisés pour pomper et interroger une cavité de résonance limitée par deux miroirs de Bragg optimisés pour limiter la longueur totale du résonateur SAW. Les dispositifs ont été mesurés (a), (b) et comparés à la prédiction théorique, donnant un excellent accord entre les deux courbes sans ajustement constant du matériau. Le coefficient de température et de fréquence (TCF) a également été mesuré et trouvé exactement égal à ce qui était théoriquement prédit, encore une fois en utilisant les constantes matérielles publiées. Les chiffres de mérite sont rapportés et la comparaison avec l'analyse a permis d'identifier une constante d'atténuation de 1 mdB/λ fournissant les facteurs Q mesurés et donc un produit Q×f de 8,96×1012.
Résultats/Discussion
En supposant que les opérations en conditions ambiantes produisent un amortissement acoustique compris entre 0,2 et 0,3 mdB/λ à des fréquences inférieures à 1 GHz, nous avons calculé le produit Q×f réalisable avec les nouvelles plaquettes de quartz, offrant ainsi la possibilité de surmonter les valeur barrière de 1013, surtout parce que la R&D sur la synthèse du quartz est toujours en cours, tant sur la pureté que sur la taille (150mm / 6 pouces). Le processus de calcul et les résultats sont présentés en conclusion de l'article.