FR2484150A1 - SAW controlled transversal filter - has charge transfer effected by acoustically excitable blade mounted at end of piezoelectric transducer connected to generator - Google Patents

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Abstract

The transversal charge transfer filter comprises a semiconductor substrate (10) e.g. p-type silicon coated with a series of parallel electrode strips (14) some of which are gapped with the two portions connected to respective terminal electrodes running the length of the substrate and coupled to respective inputs of a differential amplifier (20). The series is proceded by a charge injection diode (16) and followed by a charge collector diode (18). Control of charge transfer is effected by a leaf (22) of e.g. niobium and lithium, which can propagate a surface acoustic wave, the leaf having a piezoelectric transducer (24) at one end connected to an a.c. generator (26) and a shock absorber (28) at the other. The leaf is located on the substrate electrodes so that propagation of a surface wave ensures charge displacement in the substrate.

Description

La présente invention a pour objet un filtre transversal à transfert de charges et un procédé de fabrication d'un tel filtre. ELle trouve une applicam tion en électronique et notamment en télécommunica- tisons. The present invention relates to a transverse charge transfer filter and a method of manufacturing such a filter. IT finds an application in electronics and in particular in telecommunications.

Un filtre transversal à transfert de charges comprend, de manière connue, un substrat semicondllcu teur recouvert d'une ligne d'électrodes précédée d'un moyen d1injection de charges (diode rn ou dispositif optique) et suivie d'une diode de collection de char- ges. Les électrodes se répartissent en électrodes de transfert et électrodes de lecture. tes premières sont reliées par des lignes de commande à des horloges délivrant des tensions variables aptes a créer dans le substrat semiconducteur, des puits de potentiel se dé plaçant d'une électrode à l'autre. Les porteurs de charges, qui sont, en l'occurrence, les porteurs minoritaires du substrat, sont retenus dans ces puits et, par conséquent, entraînés avec eux à la surface du substrat.Les électrodes de lecture sont coupées en deux parties (ou éventuellement en plus de deux par ties), en général inégales, chaque coupure définissant un coefficient de pondération, l'ensemble des coeffi clients déterminant une fonction de transfert pour le filtre. Les charges qui transitent sous les électrodes coupées sont lues non destructivement par un amplificateur différentiel dont la sortie constitue la sortie du filtre. A transverse charge transfer filter comprises, in known manner, a semiconductor substrate covered with a line of electrodes preceded by a charge injection means (rn diode or optical device) and followed by a char collection diode - ages. The electrodes are divided into transfer electrodes and read electrodes. your first are connected by control lines to clocks delivering variable voltages capable of creating in the semiconductor substrate, potential wells moving from one electrode to another. The charge carriers, which are, in this case, the minority carriers of the substrate, are retained in these wells and, consequently, entrained with them on the surface of the substrate. The reading electrodes are cut into two parts (or possibly in addition to two parts), generally unequal, each cut defining a weighting coefficient, the set of customer coefficients determining a transfer function for the filter. The charges which pass under the cut electrodes are read non-destructively by a differential amplifier whose output constitutes the output of the filter.

Un tel dispositif est décrit, notamment, dans l'ouvrage de Carlo H. SEQUIN et Michael
F. TOMPSETT intitulé "Charge Transfer Devices11, publié par Academic Press, Inc, 1975, en particulier aux pages 216 à 231.
Such a device is described, in particular, in the work of Carlo H. SEQUIN and Michael
F. TOMPSETT entitled "Charge Transfer Devices11, published by Academic Press, Inc, 1975, in particular at pages 216 to 231.

Les filtres de ce genre, s'ils possèdent de nombreuses qualités, souffrent néanmoins d'un incon vénient dû aux difficiles problèmes de connectique qu'ils soulèvent. En effet, ils requièrent un grand nombre de connexions croisées pour relier les électrodes de transfert aux horloges de commande. Filters of this kind, if they have many qualities, nevertheless suffer from a disadvantage due to the difficult connection problems they raise. In fact, they require a large number of cross connections to connect the transfer electrodes to the control clocks.

Ce problème est encore plus ardu si l'on utilise des matériaux semiconducteurs comme GaAs, InP, HgCdTe, InSb, etc... pour lesquels la métallurgie du semiconducteur est peu compatible avec un degré élevé d'interconnexion. This problem is even more difficult if semiconductor materials such as GaAs, InP, HgCdTe, InSb, etc. are used, for which the metallurgy of the semiconductor is not very compatible with a high degree of interconnection.

La présente invention a justement pour objet un filtre transversal à transfert de charges qui ne présente pas cet inconvénient. A cette fin, l'invention prévoit le remplacement des moyens traditionnels de commande de transfert des charges (horloges, lignes de commande, interconnexions) par un dispositif à ondes élastiques de surface disposé à proximité immédiate du substrat semiconducteur. The object of the present invention is precisely a transverse charge transfer filter which does not have this drawback. To this end, the invention provides for the replacement of the traditional means for controlling the transfer of charges (clocks, control lines, interconnections) by an elastic surface wave device disposed in the immediate vicinity of the semiconductor substrate.

On sait qu'une onde élastique se propageant à la surface d'un matériau piézoélectrique, engendre un champ électrique susceptible de former, dans un substrat semiconducteur placé à proximité, des puits de potentiel aptes à entraîner les porteurs minoritaires de ce substrat. On pourra se reporter, à propos de ce principe général, aux articles de - S.D. GAALEMA et al intitulé "Acoustic surface wave
interaction charge-coupled device" publié dans Ap
plied Physics Letters, vol. 29, nO 2, 15 juillet
1976, pages 82-83, - R.J. SCHWARTZ et al intitulé "A surface wave inter
action charge-coupled device" publié dans "1976 U1
trasonics Symposium Proceedings" IEEE Cat. 76, pa
ges 197 à 200, - N.A.PAPANICOLAOU et al intitulé "Charge transfer in
silicon with surface acoustic waves" publié dans le
même compte-rendu aux pages 201 à 204.
It is known that an elastic wave propagating on the surface of a piezoelectric material, generates an electric field capable of forming, in a semiconductor substrate placed nearby, potential wells capable of driving the minority carriers of this substrate. Reference may be made, in connection with this general principle, to the articles by - SD GAALEMA et al entitled "Acoustic surface wave
charge-coupled device interaction "published in Ap
plied Physics Letters, vol. 29, NO 2, July 15
1976, pages 82-83, - RJ SCHWARTZ et al entitled "A surface wave inter
action charge-coupled device "published in" 1976 U1
trasonics Symposium Proceedings "IEEE Cat. 76, pa
ges 197 to 200, - NAPAPANICOLAOU et al entitled "Charge transfer in
silicon with surface acoustic waves "published in the
same report on pages 201 to 204.

La présente invention a pour objet une application nouvelle de ce principe aux filtres transversaux à transfert de charges du type évoqué en introduction. The present invention relates to a new application of this principle to transverse charge transfer filters of the type mentioned in the introduction.

De façon plus précise, la présente invention a pour objet un filtre transversal à transfert de charges, comprenant - un substrat semiconducteur recouvert d'une ligne
d'électrodes dont certaines sont coupées, cette li
gne étant précédée d'un moyen d'injection de charges
et suivie d'une diode de collection de charges, - un amplificateur différentiel à deux entrées réunies
aux électrodes coupées, - un moyen de commande du transfert des charges sous
les électrodes, ce filtre étant caractérisé en ce que ledit moyen de commande de transfert des charges est constitué par une lame de matériau susceptible de propager une onde élastique de surface, cette lame étant munie à une extrémité d'un transducteur piézoélectrique relié à un générateur et étant disposée à proximité immédiate du substrat semiconducteur, l'onde élastique se propageant à la surface de la lame assurant le déplacement des charges dans le substrat semiconducteur
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif.Cette des- cription se réfère à des dessins sur lesquels
- la figure 1 représente schématiquement et en coupe un filtre conforme à l'invention,
- la figure 2 représente schématiquement et en vue éclatée les deux sous-ensembles d'un filtre conforme à l'invention, à savoir la lame à ondes élastiques de surface (a) et le dispositif à transfert de charges correspondant (b),
- la figure 3 illustre un procédé de fabrication dans lequel certaines des électrodes sont déposées sur le substrat semiconducteur et d'autres sur la lame à ondes élastiques de surface.
More specifically, the present invention relates to a transverse charge transfer filter, comprising - a semiconductor substrate covered with a line
electrodes, some of which are cut, this li
gene being preceded by a means of injecting charges
and followed by a charge collection diode, - a differential amplifier with two inputs combined
to the cut electrodes, - a means of controlling the transfer of the charges under
the electrodes, this filter being characterized in that said charge transfer control means consists of a blade of material capable of propagating an elastic surface wave, this blade being provided at one end with a piezoelectric transducer connected to a generator and being arranged in the immediate vicinity of the semiconductor substrate, the elastic wave propagating on the surface of the blade ensuring the displacement of the charges in the semiconductor substrate
In any case, the characteristics and advantages of the invention will appear better after the description which follows, of exemplary embodiments given by way of explanation and in no way limiting. This description refers to drawings in which
FIG. 1 diagrammatically represents a cross section of a filter according to the invention,
FIG. 2 schematically represents an exploded view of the two sub-assemblies of a filter according to the invention, namely the surface elastic wave plate (a) and the corresponding charge transfer device (b),
- Figure 3 illustrates a manufacturing process in which some of the electrodes are deposited on the semiconductor substrate and others on the surface elastic wave plate.

Le dispositif représenté sur la figure 1 (en coupe) et sur la figure 2 (en vue de dessus éclatée) est un filtre transversal à transfert de charges selon l'invention. I1 comprend un substrat semiconducteur 10 (par exemple en silicium de type p) recouvert d'une couche isolante 12 (par exemple en Six2) elle-même recouverte drune ligne d'électrodes 14. Le substrat semiconducteur comprend une diode d'injection de charges 16 et une diode de collection de charges 18. Comme il apparaît sur la figure 2b, certaines des électrodes (14/1) sont coupées en deux parties reliées respectivement aux deux entrées d'un amplificateur différentiel 20. Ce sous-ensemble forme l'essentiel d'un filtre transversal à électrodes coupées. The device shown in Figure 1 (in section) and in Figure 2 (in exploded top view) is a transverse charge transfer filter according to the invention. I1 comprises a semiconductor substrate 10 (for example of p-type silicon) covered with an insulating layer 12 (for example in Six2) itself covered with a line of electrodes 14. The semiconductor substrate comprises a charge injection diode 16 and a charge collection diode 18. As it appears in FIG. 2b, some of the electrodes (14/1) are cut into two parts connected respectively to the two inputs of a differential amplifier 20. This sub-assembly forms the essential of a transverse filter with cut electrodes.

Conformément à l'invention, ce sous-ensemble est disposé à proximité d'un dispositif à ondes élastiques de surface constitué par une lame 22 susceptible de propager de telles ondes, (par exemple une lame en niobiate de lithium), cette lame étant munie, à une extrémité, d'un transducteur piézoélectrique 24 relié à une source de tension alternative 26 et, à une autre extrémité, d'un amortisseur 28. Une telle structure est capable d'engendrer et de propager une onde élastique de surface symboliquement représentée par la flèche 30. C'est cette onde qui assure le transfert des charges à la surface du semiconducteur entre les diodes 16 et 18, lorsque la lame 22 est suffisamment proche du substrat semiconducteur 10. According to the invention, this sub-assembly is arranged near a surface elastic wave device constituted by a blade 22 capable of propagating such waves, (for example a blade made of lithium niobiate), this blade being provided , at one end, of a piezoelectric transducer 24 connected to an alternating voltage source 26 and, at another end, of a damper 28. Such a structure is capable of generating and propagating an elastic wave of surface symbolically represented by the arrow 30. It is this wave which ensures the transfer of the charges on the surface of the semiconductor between the diodes 16 and 18, when the blade 22 is sufficiently close to the semiconductor substrate 10.

Pour tout ce qui concerne la technologie et les modes de réalisation de la partie filtre transversale à électrodes coupées, on pourra se reporter à l'ouvrage cité plus haut et pour ce qui concerne les
dispositifs à ondes élastiques de surface, on pourra
se reporte à l'ouvrage de HO MATTHEWS (Editeur) na-
tulé "Surface Wave FiltersW John Wiley and Sons 1977,
et à celui de A OLINER (éditeur) intitulé "Acoustic
Surface Rave", dans la collection Topics in Applied
PhysicsW' vol 24, Springer Verlag, 1978
Le mode de réalisation qui est illustré sur
les figures 1 et 2 n'est donné naturellement qu'à ti
tre explicatif et il va de soi que des modifications
peuvent y être apportées. Par exemple; au lieu dButi-
liser des électrodes disposées sur un isolants comme
illustré, ce qui convient au cas du silicium, on peut
constituer des diodes Schottky sur le semiconducteur,
ce qui convient au cas notamment de Gazas
Un procédé de réalisation du filtre qui
vient d'etre décrit peut consister à réaliser séparé-
ment les deux sous-ensembles de la figure 2, puis à
accoler ces deux sous-ensembles pour obtenir le dispo
sitif de la figure 2.Pour faciliter la mise en place
du dispositif à semiconducteur sur la lame piézoélec-
trique, des rails de guidage isolants peuvent etre dé
posés au préalable sur celle-ci. On peut aussi usiner
dans la lame un logement adapté au dispositif semicon
ducteur.
For all that relates to the technology and the embodiments of the transverse filter part with cut electrodes, reference may be made to the work cited above and as regards the
elastic surface wave devices we can
refers to the work of HO MATTHEWS (Editor) na-
tulé "Surface Wave FiltersW John Wiley and Sons 1977,
and that of A OLINER (editor) entitled "Acoustic
Surface Rave ", in the Topics in Applied collection
PhysicsW 'vol 24, Springer Verlag, 1978
The embodiment which is illustrated on
Figures 1 and 2 are given naturally only at ti
be explanatory and it goes without saying that modifications
can be made. For example; instead dButi-
read electrodes placed on an insulator like
illustrated, which is suitable for silicon, we can
constitute Schottky diodes on the semiconductor,
which is appropriate in the case in particular of Gazas
A method of making the filter which
has just been described may consist of carrying out separate-
ment the two subsets of figure 2, then to
attach these two sub-assemblies to obtain the availability
sitive of figure 2.To facilitate the installation
of the semiconductor device on the piezoelectric plate
insulating guide rails can be removed
placed on it beforehand. We can also machine
in the blade a housing adapted to the semicon device
conductor.

L'invention prévoit un autre procédé de réa
lisation dans lequel certaines électrodes sont dépo
sées sur le substrat semiconducteur et d'autres sur la
lame piézoélectrique. La figure 3 illustre ce mode de
réalisation particulier en montrant une lame piézo
électrique 22 recouverte d'électrodes coupées 14/1
(figure a) et un substrat semiconducteur recouvert
d'électrodes non coupées 14/2 (figure b).
The invention provides another method of reacting
reading in which certain electrodes are deposited
on the semiconductor substrate and others on the
piezoelectric blade. Figure 3 illustrates this mode of
particular realization by showing a piezo blade
electric 22 covered with cut electrodes 14/1
(figure a) and a covered semiconductor substrate
of uncut electrodes 14/2 (figure b).

Dans le filtre obtenu par ce procédé, la
charge est transférée par influence des électrodes non coupées du semiconducteur aux électrodes coupées de la lame piézoélectrique.
In the filter obtained by this process, the
charge is transferred by influence from the uncut electrodes of the semiconductor to the cut electrodes of the piezoelectric plate.

Natureliement, d'autres combinaisons peuvent être employées, par exemple on peut déposer sur le semiconducteur ou sur la lame piézoélectrique un véritable peigne interdigité. Of course, other combinations can be used, for example one can deposit on the semiconductor or on the piezoelectric blade a real interdigitated comb.

Ces procedés de fabrication montrent bien l'avantage procuré par le filtre de l'invention en ce qui concerne la simplification des connexions et des opérations de dépôt des électrodes. These manufacturing processes clearly show the advantage provided by the filter of the invention as regards the simplification of the connections and of the operations for depositing the electrodes.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Filtre transversal à transfert de charges, comprenant : - un substrat semiconducteur (10) recouvert d'une li-  1. Transverse charge transfer filter, comprising: - a semiconductor substrate (10) covered with a li- gne d'électrodes (14) dont certaines sont coupées gene electrodes (14) some of which are cut (14/1), cette ligne étant précédée d'un moyen d'in (14/1), this line being preceded by a means of in jection de charges (16) et suivie d'une diode de charge junction (16) and followed by a collection de charges (18), - un amplificateur différentiel (20) à deux entrées charge collection (18), - a differential amplifier (20) with two inputs réunies aux électrodes coupées (14/1), - un moyen de commande du transfert des charges sous joined to the cut electrodes (14/1), - a means of controlling the transfer of charges under les électrodes, caractérisé en ce que ledit moyen de commande du transfert des charges est constitué par une lame (22) de matériau susceptible de propager une onde élastique de surface, cette lame étant munie à une extrémité d'un transducteur piézoélectrique (24) relié à un générateur (26) et étant disposée à proximité immédiate du substrat semiconducteur tel0), l'onde élastique desurface (30) se propageant à la surface de la lame assurant le déplacement des charges dans le substrat semiconducteur. the electrodes, characterized in that said means for controlling the transfer of charges consists of a blade (22) of material capable of propagating an elastic surface wave, this blade being provided at one end with a piezoelectric transducer (24) connected to a generator (26) and being placed in the immediate vicinity of the semiconductor substrate tel0), the elastic surface wave (30) propagating on the surface of the blade ensuring the displacement of the charges in the semiconductor substrate. 2. Procédé de fabrication du filtre trans- versal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose certaines électrodes sur le substrat semiconducteur et d'autres sur la lame à ondes élastiques de surface et en ce qu'on accole ensuite ledit substrat et ladite lame recouverts de leurs électrodes respectives.  2. A method of manufacturing the transverse filter according to claim 1, characterized in that certain electrodes are deposited on the semiconductor substrate and others on the surface elastic wave plate and in that said substrate is then joined and said blade covered with their respective electrodes.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3324228A1 (en) * 1982-07-06 1984-01-12 Clarion Co., Ltd., Tokyo ACOUSTIC SURFACE SHAFTS TRAINING COMPONENT
US6801100B2 (en) * 1996-05-23 2004-10-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inter-digital transducer, surface acoustic wave filter and communication apparatus using the same

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