Influence of metallization on phase velocity and thermal sensitivity of Surface Acoustic Wave devices Influence de la métallisation sur la vitesse de phase et la sensibilité en température des dispositifs à ondes élastiques de surface

Most of Surface Acoustic Wave devices exhibit a very small sensitivity to thermal effects. However, even on intrinsically compensated crystal cuts, the deposition of metal strips at the surface (transducers or reflectors) induces important changes in the thermoelastic properties of the device. A theoretical approach based on the Sinha-Tiersten perturbation method is proposed to model the influence of metallization on SAW properties on (ST, X) Quartz, namely the temperature stability of the phase velocity of Rayleigh waves. Since this perturbation method only gives access to the first order Temperature Coefficient of Frequency (TCF), it is combined with a conventional calculation of the second order TCF to predict the evolution of the turnover temperature. The proposed calculation also requires temperature derivatives of the elastic constants of the metal which can be calculated for different materials. Finally, theoretical results are compared to experimental data measured on SAW devices on (ST, X) Quartz using Aluminum gratings.

French
La plupart des composants à ondes élastiques de surface sont peu sensibles aux effets thermiques. Cependant, malgré l'existence d'orientations cristallines compensées intrinsèquement en température, le dépôt d'une couche mince métallique à la surface du cristal (pour les transducteurs ou les réflecteurs) induit d'importants changements dans le comportement thermoélastique du dispositif considéré. On propose d'adapter une méthode de perturbation développée par Sinha et Tiersten à la modélisation de l'influence de la métallisation sur certaines propriétés des ondes de Rayleigh sur coupe ST de quartz, i.e. sur la vitesse de phase et la stabilité en température. Bien que cette méthode ne délivre qu'un coefficient au premier ordre, on la couple avec une méthode classique de variation des constantes élastiques qui délivre les premier et second ordres des Coefficients de Température de la Fréquence (CTF) afin d'évaluer le déplacement du point d'inversion. La méthode proposée nécessite de plus la connaissance des dérivées premières par rapport à la température des constantes élastiques du métal que l'on peut calculer pour différents matériaux. Enfin, on présente les résultats théoriques et on les confronte à des valeurs expérimentales mesurées sur des dispositifs à ondes de Rayleigh sur coupe ST de quartz dont la métallisation est en aluminium.