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Cristaux phononiques micrométriques

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Cristaux phononiques micrométriques

Dans les composants microsoniques, les ondes élastiques de surface sont générées et détectées directement à la surface d'un matériau piézoélectrique par des transducteurs interdigités. Une structure phononique pour les ondes élastiques de surface est obtenue pour des réseaux de trous ou de plots dans un matériau semi infini piézoélectrique. Sachant que les ondes de surface sont très bien guidées et confinées près de la surface, la structure phononique permet de ‘contrôler’ la propagation des ondes dans le plan de la surface et ainsi réaliser et intégrer de nouvelles fonctions de transferts qui n’étaient pas accessible jusqu’à présent. Nous espérons à terme obtenir ainsi de nouveaux composants. Nous avons obtenu deux résultats remarquables de composants fondés sur les bandes interdites élastiques, à savoir: les bandes interdites phononiques des ondes élastiques de surface dans le niobate de lithium et de nouveaux dispositifs à ondes de surface sur miroir à bande interdite omnidirectionnelle. Le niobate de lithium est un matériau très répandu dans les dispositifs à ondes élastiques de surface et dans l’optique intégrée. Une étude théorique a montré pour la première fois l’existence d’une bande interdite complète pour les ondes élastiques de surface dans un réseau carré de trous. Nous avons réalisé un grand nombre de cristaux phononiques en niobate de lithium et obtenu une démonstration expérimentale de la bande interdite complète. Par la suite, nous voulons démontrer la possibilité de réaliser des cavités résonantes et des guides d’onde afin de piéger l’énergie élastique.

Cristal phononique en niobate de lithium

Cristal phononique en niobate de lithium, réalisé par RIE (pas des trous : 10 µm)

Un autre exemple d’un nouveau dispositif fondé sur les bandes interdites élastiques est le dispositif à ondes de surface sur miroir omnidirectionnel. Ce dispositif pourrait représenter une rupture technologique par rapport aux dispositifs connus jusqu’à maintenant. Nous avons obtenu le dépôt par le CNRS d'un brevet sur ce nouveau type de dispositifs. L’idée de l'invention est d'empêcher toute possibilité de fuite d'énergie sous forme d'ondes élastiques en réalisant un miroir parfait sur un substrat (par exemple de silicium). Ainsi, la propagation des ondes est interdite quelle que soit la polarisation ou la direction de rayonnement vers le cœur du substrat. En ajoutant une couche mince piézoélectrique, on obtient des modes localisés en surface et propagatifs le long de celle-ci. Ces modes peuvent être de fréquences de résonance très élevées tout en étant excitables par une fréquence spatiale raisonnable. A titre d'exemple, nous avons obtenu expérimentalement une résonance à 7.5GHz excitée par un transducteur à peignes interdigités d'une période de 3.6µm, soit une vitesse de phase « équivalente » de 54000m/s.

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