一种芯片原子钟的MEMS原子腔的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种芯片原子钟的MEMS原子腔的制作方法，利用槽型盖板与硅片形成一个密封腔体，使叠氮化钡BaN6和氯化铷RbCl反应生成的铷蒸汽与反应残渣分离，得到纯净的铷原子MEMS腔，提高了MEMS原子腔的透光性；通过对阳极键合机内的压强进行精确控制，使阳极键合机内的压强略高于MEMS腔体内压强，保证了在第二层硅‑玻璃阳极键合的过程中铷蒸汽不会泄漏，既保证了MEMS腔体内的充铷量又防止铷原子对键合界面的污染，提高了阳极键合的强度，同时提升了MEMS原子腔的性能。通过采用本发明专利技术的制作方法，可以去除MEMS原子腔内的杂质，透光性好，并提高MEMS原子腔的成品率。

A method for making MEMS atomic cavity of a chip atomic clock

The invention discloses a method for manufacturing a chip MEMS atom cavity atomic clock, the groove cover plate and the silicon wafer to form a sealed cavity, the rubidium vapor and the reaction residue of barium azide BaN6 and rubidium chloride RbCl reaction separation to obtain pure rubidium MEMS cavity, improve the transmittance of MEMS atom cavity; precise control by anodic bonding pressure inside the machine, so that the anodic bonding pressure inside the machine is slightly higher than the chamber pressure of MEMS, the leakage of rubidium vapor not in process of second layer silicon glass anodic bonding, both to ensure the filling of rubidium content MEMS cavity and prevent rubidium atom pair bond bonding interface pollution, improve the anodic bonding strength, and improve the performance of MEMS atom cavity. By adopting the method of making the invention, the impurities in the MEMS atom cavity can be removed, the transmittance is good and the yield of the MEMS atom cavity can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种芯片原子钟的MEMS原子腔的制作方法
本专利技术涉及原子钟
，具体涉及一种芯片原子钟的MEMS原子腔的制作方法。
技术介绍
芯片原子钟是一种精密时间计量仪器，由于其体积小、重量轻、功率消耗小、启动速度快等优点，可广泛应用于定位、导航、通信、军事等多个领域。芯片原子钟的物理系统微型化设计采用微机电加工(MEMS)工艺，将物理系统的微型原子气室、微光学系统、微型磁场线圈、磁屏蔽结构及保温结构作为整体进行加工。MEMS工艺制作的微型物理系统，利用热量集中的优势降低功耗。在CPT原子频标的微型化设计中，微型物理系统是决定性因素。物理系统体积受限于原子腔，因此制作微尺寸的原子腔是减小物理部分体积的关键。而MEMS原子腔的研制也是最核心、研究难点最大的部分。原子气室越小，它加热到指定温度所需要的能量就越小，可以大大降低芯片原子钟的功耗。目前制造微型原子气室的主流技术是硅-玻璃阳极键合技术，其主要制作工艺为：KOH腐蚀厚硅片刻蚀出通孔并与Pyrex玻璃键合，腔体中充入碱金属和混合缓冲气体，再在硅片的另一面与Pyrex玻璃二次键合，最后划片分离出微型原子气室。MEMS原子腔制作的关键是充铷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片原子钟的MEMS原子腔的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对硅片进行打孔并清洗；S2、将硅片和第一玻璃片放入阳极键合机进行第一层硅‑玻璃键合，形成硅‑玻璃片；S3、将叠氮化钡和氯化铷的混合溶液滴入硅片最外圈的孔内，并将溶液烘干放入阳极键合机；在所述硅‑玻璃片上盖上槽型盖板，并在槽型盖板与硅‑玻璃片之间垫上垫片，加热并抽真空，使叠氮化钡分解，同时将分解生成的N2抽走；S4、撤掉垫片，下降顶层压力头，施加压力使硅‑玻璃片与槽型盖板紧密接触形成密封腔体；S5、向阳极键合机腔体内充入氮气，使得硅‑玻璃片与槽型盖板形成的密封腔体内压强小于密封腔体外压强；加热生成铷单质，并使铷蒸汽充满所述...

【技术特征摘要】
1.一种芯片原子钟的MEMS原子腔的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对硅片进行打孔并清洗；S2、将硅片和第一玻璃片放入阳极键合机进行第一层硅-玻璃键合，形成硅-玻璃片；S3、将叠氮化钡和氯化铷的混合溶液滴入硅片最外圈的孔内，并将溶液烘干放入阳极键合机；在所述硅-玻璃片上盖上槽型盖板，并在槽型盖板与硅-玻璃片之间垫上垫片，加热并抽真空，使叠氮化钡分解，同时将分解生成的N2抽走；S4、撤掉垫片，下降顶层压力头，施加压力使硅-玻璃片与槽型盖板紧密接触形成密封腔体；S5、向阳极键合机腔体内充入氮气，使得硅-玻璃片与槽型盖板形成的密封腔体内压强小于密封腔体外压强；加热生成铷单质，并使铷蒸汽充满所述密封腔体；S6、迅速降温使铷蒸汽凝华在硅片的孔内；S7、将第二玻璃片放入阳极键合机进行第二层硅-玻璃键合，形成玻璃-硅-玻璃片；S8、切割所述玻璃-硅-玻璃片得到MEMS原子腔。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在S1中对硅片进行打孔并清洗后，对硅片和第一玻璃片进行抛光。3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S2中进行第一层硅-玻璃键合时，具体过程为：将第一玻璃片和硅片依次叠放在所述阳极键合机内的底层压力头上，所述硅片接阴极，所述第一玻璃片接阳极，下降顶层压力头；在所述硅片和第一玻璃片上加1000V电压，对所述顶层压力头和底层压力头同时加热到450℃，保持1小时后，即完成第一层硅-玻璃键合，形成硅-玻璃片。4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S3中所述混合溶液中叠氮化钡和氯化铷的浓度比为1：2。5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S3中所述烘干溶液具体为：将所述硅-玻璃片放置在阳极键合机内的底层压力头上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振伟，陈星，杨仁福，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11