Modélisation bi ou tridimensionnelle de résonateurs à ondes acoustiques de volume.

Cadre et contexte :
Avec l’arrivée imminente de la 5e génération de téléphonie mobile (5G), le domaine des filtres radiofréquences est en pleine ébullition. Les technologies classiques, basées sur l’utilisation de résonateurs à ondes acoustiques de surface ou de volume doivent grandement évoluer afin de répondre aux besoins des nouvelles normes de télécommunications sans fil.
Le CEA-LETI s’est engagé depuis plusieurs années dans le développement de solutions disruptives utilisant des matériaux piézoélectriques monocristallins à forts coefficients de couplage électromécaniques en remplacement du matériau habituellement employé par l’industrie pour les filtres à ondes acoustiques de volume, le nitrure d’aluminium. Ce changement de matériau s’accompagne de l’apparition de nouvelles problématiques, notamment la génération de modes de vibrations parasites qui dégradent la qualité de la réponse électrique. Si des techniques de suppression de ces parasites ont été développées pour les résonateurs à quartz ou à base de nitrure d’aluminium,  le cas de résonateurs en niobate de lithium s’avère suffisamment différent  pour que les techniques éprouvées ne puissent plus s’appliquer à ces nouveaux composants.
Afin de répondre à cette nouvelle problématique, il est nécessaire de développer des outils de simulation capables de prendre en compte la complexité de la structure de résonateurs et de dépasser les approximations habituellement employées dans les modèles utilisés, notamment une approximation de propagation monodimensionnelle.   Il s’agit ici de développer des modèles bi-ou tridimensionnels de ces résonateurs afin de pouvoir modéliser plus finement les modes de résonance parasites posant problèmes.

Travail demandé :
Le but du stage proposé consiste à implémenter un modèle, dit de « spectre angulaire d’ondes planes », capable de prendre en compte l’ensemble des émissions acoustiques générées dans un résonateur du fait de ses dimensions latérales finies. Pour ce faire, vous aurez à cœur dans un premier temps de développer des outils numériques capables de déterminer les différents modes se propageant selon différentes incidences dans un empilement de couches minces, via des calculs de fonctions de Green spectrales. Vous utiliserez ensuite une modélisation semi-analytique du comportement électrostatique des électrodes pour pondérer les contributions des différentes ondes excitées à l’amplitude de l’excitation électrique, et ainsi construire une réponse électrique. Les résultats obtenus pourront être comparés à des simulations de référence par éléments finis et à des mesures de composants réalisés en pratique au CEA-LETI.

Si vous êtes intéressé par cette offre de stage, merci de bien vouloir envoyer votre CV et une lettre de motivation à alexandre.reinhardt@cea.fr

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