Impact of Li non-stoichiometry on the performance of acoustic devices on LiTaO3 and LiNbO3 single crystals

• Main Author: Gonzalez, Minerva
• Other Authors: Besançon
• Language: en
• Published: 2016
• Subjects: Coefficient de Température de la Fréquence (CTF); Stoechiométrie; Monocristaux de LT et LN; Facteur de couplage electromécanique (K2); Équilibration par transport en phase vapeur (VTE); Temperature coefficient frequency (TCF); Stoichiometry; LT and LN single crystals; Electromechanical coupling factor (K2); Vapor transport equilibration (VTE); 541
• Online Access: http://www.theses.fr/2016BESA2007/document

Les technologies de filtres, résonateurs, oscillateurs et capteurs sont des éléments essentiels dans lesindustries des télécommunications, automobile, militaire, médical, etc. Les monocristaux de LiTaO3 (LT) etLiNbO3 (LN) sont les matériaux les plus utilisés pour la fabrication de filtres de radiofréquence à ondesélastiques des téléphones portables, car ils possèdent un facteur de couplage électromécanique (K2) élevé.Cependant, ils présentent une problématique liée à la variation de la fréquence de fonctionnement avec latempérature (CTF), dont la valeur est environ de -40 à -95 ppm/°C. D’autre part, il a été démontré dans lalittérature que les propriétés de LT et LN changent avec la non-stoechiométrie du Li.L’objectif de cette thèse a été l’étude de l’effet de la concentration en Li2O sur la performance desdispositifs acoustiques à ondes élastiques de surface, utilisant comme substrat piézoélectrique desmonocristaux de LT coupe YXl/42 (42 RY-LT) et LN coupe YXl/128 (128 RY-LT). Cette étude vise àl’amélioration du CTF sans la dégradation d’autres propriétés (K2 et pertes d’insertion) dans le cas du 42 RYLTet la stabilité de dispositifs utilisés à haute densité de puissance dans le cas du 128 RY-LN. Tout d’abord,nous avons préparé des monocristaux de LT et LN avec différente concentration en Li2O :48.5-50 mol%, enutilisant la méthode d’équilibration par transport en phase vapeur (VTE). Ensuite, nous avons fabriqué etcaractérisé des dispositifs à ondes élastiques de volume et de surface à base de LT et LN, traités par VTE, afind’étudier l’effet de la non-stoechiométrie de Li et l’effet des domaines ferroélectriques sur leur performance. === The filter technologies, resonators, oscillators and sensors are essential elements fortelecommunications, automotive, military, medical industries. The most of radio frequency surface acousticwave (RF-SAW) filters, present in mobile phones, are based in LiNbO3 (LN) and LiTaO3 (LT) single crystalsbecause they have high electromechanical coupling factor (K2). However, these materials have a problemrelated to the variation of the operating frequency with temperature (TCF), whose value is about -40 to -95ppm / ° C. On the other hand, it has been previously shown in the literature that the physical and structuralproperties of LT and LN change with Li non-stoichiometry, including elastic properties.The aim of this work was the investigation of the impact of Li2O concentration on the performance ofSAW devices based on YXl/42 (42 RY-LT) and YXl/128 (128 RY-LN) single crystals. In the case of 42 RY-LT,we focused in the reduction of TCF without the degradation of other properties (K2 and insertion losses) andin the case of 128 RY-LN crystals we focused in the stability of devices at high power densities. First, singlecrystals of LT and LN with different Li2O concentration: 48.5-50 ml% were prepared, by using the VaporTransport Equilibration (VTE) method. Afterwards, SAW and bulk acoustic wave (BAW) devices based on LTand LN VTE treated crystals, were fabricated and characterized, in order to study the effect of Li nonstoichiometryand the effect of ferroelectric domains on the performance of devices.