本发明专利技术涉及太赫兹波检测以及量子技术领域，具体为一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室及其圆片级制备方法，碱金属原子气室包括上层石英键合层、下层石英键合层、中间层硅片、碱金属填充腔、光学腔、微通道。碱金属填充腔、光学腔以及微通道位于中间层硅片，碱金属填充腔与光学腔贯穿硅片并被上层石英键合层和下层石英键合层密封，形成一个全密封式的气室结构。所述碱金属填充腔中填充有碱金属合金。所述微通道将所述碱金属填充腔与所述光学腔连通，其深度小于所述中间层硅片厚度。本发明专利技术解决了太赫兹波检测技术中面临的检测窗口能量衰减的问题，提供了一种微型化、高效、精确的太赫兹波检测方案，具备广泛的应用前景。具备广泛的应用前景。具备广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室及其圆片级制备方法
[0001]本专利技术涉及太赫兹波检测以及量子
，尤其涉及一种碱金属原子气室，具体为一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室及其圆片级制备方法。
技术介绍
[0002]太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围内的电磁波，太赫兹波检测技术的应用潜力广泛，包含了太赫兹成像技术、通信数据传输、光谱分析、安全检测、量子技术等许多重要领域。现有技术中，采用碱金属原子气室来测量太赫兹波存在着衰减大的问题，其损耗在传播过程中的最大来源是气室光学窗口的反射和吸收。因此，寻找一种新型的太赫兹光学窗口材料使得太赫兹波在传播过程中衰减小，对于提高测量精度有十分重要的意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术为了解决碱金属原子气室测量太赫兹波存在着衰减大的技术问题，提供了一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室及其圆片级制备方法。
[0004]本专利技术是采用如下的技术方案实现的：一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其中碱金属原子气室包括上层石英键合层、下层石英键合层、中间层硅片、碱金属填充腔、光学腔、微通道，所述上层石英键合层以及下层石英键合层为中间层硅片的封装材料，所述碱金属填充腔、光学腔以及微通道形成于所述中间层硅片中，所述碱金属填充腔与所述光学腔贯穿硅片并被所述上层石英键合层和所述下层石英键合层密封形成一种全密封式的气室结构，所述碱金属填充腔中填充碱金属释放剂和还原物封装在一起的碱金属合金，所述微通道将所述碱金属填充腔与所述光学腔连通，其深度小于所述中间层硅片厚度。
[0005]优选的，所述上层石英键合层和所述下层石英键合层均为双面抛光且对太赫兹波衰减极低的石英晶片。
[0006]优选的，所述上层石英键合层和所述下层石英键合层的厚度分别为0.5mm。
[0007]优选的，所述中间层硅片的厚度为1.5mm。
[0008]优选的，所述碱金属原子气室的结构为一种全密封式的石英
‑
硅
‑
石英三层结构或一种全密封式的石英
‑
硅
‑
玻璃三层结构。
[0009]优选的，所述碱金属释放剂可以是铯原子释放剂或铷原子释放剂。
[0010]优选的，所述碱金属填充腔和所述光学腔为矩形或圆形。
[0011]优选的，所述用于连接所述碱金属填充腔和所述光学腔的微通道有三条，也可以是两条或四条。
[0012]优选的，所述微通道的长度和宽度可以分别是500μm和150μm，但不局限于这种尺寸，也可以是其他合理尺寸。
[0013]本专利技术的另一个方面提供一种上述的面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室的制造方法，包括：步骤1：对所述下层石英键合层、所述上层石英键合层以及所述中间层硅
片进行标准清洗工艺并吹干备用；步骤2：在所述中间层硅片中加工所述碱金属填充腔、光学腔以及微通道；步骤3：将清洗处理后的所述上层石英键合层和所述中间层硅片进行铜
‑
铜热压键合，形成下层硅
‑
石英结构；步骤4：将所述碱金属合金放置在所述碱金属填充腔中；步骤5：将上述清洗处理后的所述上层石英键合层和所述中间层硅片进行铜
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铜热压键合，形成最终全密封式的石英
‑
硅
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石英三层结构。步骤6：利用高功率激光照射所述碱金属填充腔，使所述碱金属合金灼烧受热分解生成的碱金属单质气体经所述微通道扩散到所述光学腔。
[0014]优选的，标准清洗工艺包括：将所述上层石英键合层、所述中间层硅片和所述下层石英键合层依次放入丙酮、去离子水、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗。
[0015]优选的，所述的碱金属原子气室的制造方法在步骤3之前还包括：对所述上层石英键合层、所述下层石英键合层以及所述中间层硅片的键合面进行表面活化处理。
[0016]优选的，所述的碱金属原子气室的制造方法在步骤3之前还包括：对所述下层石英键合层与所述中间层硅片的键合面分别溅射金属铂和金属铜作为粘附层和键合中间层。
[0017]优选的，所述的碱金属原子气室的制造方法在步骤4之前还包括：对所述上层石英键合层和所述中间层硅片的键合面溅射金属铂和金属铜作为粘附层和键合中间层。
[0018]优选的，所述的碱金属原子气室制造方法在步骤6中，使用高功率激光照射碱金属填充腔，使放置在所述碱金属填充腔中的所述碱金属合金灼烧受热分解生成碱金属气体单质以及固体氧化物，分解生成的碱金属气体单质经所述微通道扩散到所述光学腔，获得真空状态下的MEMS碱金属原子气室。
[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：1）提高了测量太赫兹波的精确性：通过使用石英作为光学窗口材料，太赫兹波在透过气室光学窗口时的衰减较小，从而实现更准确的测量结果。
[0020]2）实现了更高的光透过率：石英具有较高的光透过率，可以减少光能的损失，提高太赫兹波的传输效率和能量利用率。
[0021]3）拓展了应用领域：本专利技术的技术方案适用于太赫兹波的检测和测量领域，提高了太赫兹检测技术的时空分辨率，为发展微小型化、集成化的高灵敏度、高信噪比太赫兹辐射源探测技术提供了一种有效的解决方案。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种实施方式的碱金属原子气室的单个气室结构示意图。
[0023]图2为本专利技术一种实施方式的碱金属原子气室的侧面示意图。
[0024]图3为本专利技术一种实施方式的碱金属原子气室的气室腔体示意图。
[0025]图4为本专利技术一种实施方式的碱金属原子气室晶圆级中间层硅片平面示意图。
[0026]图5为本专利技术一种实施方式的碱金属原子气室的制造方法的流程图。
[0027]图6为本专利技术一种实施方式的碱金属原子气室的制备方法的主要MEMS工艺流程图。其中(a)中间层硅片；(b)加工碱金属填充腔、光学反应腔以及微通道；(c)中间层硅片溅射金属铂；(d)中间层硅片溅射金属铜；(e)上层石英晶片和下层石英晶片溅射金属铂；(f)上层石英晶片和下层石英晶片溅射金属铜；(g)中间层硅片与下层石英晶片进行热压键合；(h)填充铯合金至碱金属填充腔；(i)热压键合上层石英晶片与中间层硅片，形成全密封式
碱金属原子气室。
[0028]图中的序号为：1
‑
上层石英键合层、2
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中间层硅片、3
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下层石英键合层、4
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碱金属填充腔、5
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光学腔、6
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微通道。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释专利技术，并不用于限定专利技术。
[0030]请参阅图1
‑
图3，本专利技术提供一种碱金属原子气室，适本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其特征在于，包括上层石英键合层（1）、下层石英键合层（3）、中间层硅片（2）、碱金属填充腔（4）、光学腔（5）和微通道（6），上层石英键合层（1）以及下层石英键合层（3）为中间层硅片（2）的封装材料，所述碱金属填充腔（4）、光学腔（5）以及微通道（6）形成于所述中间层硅片（2）中，所述碱金属填充腔（4）与所述光学腔（5）贯穿所述中间层硅片（2）并被所述上层石英键合层（1）与所述下层石英键合层（3）密封形成一个全密封式的气室结构，所述碱金属填充腔（4）中填充碱金属释放剂和还原物封装在一起的碱金属合金，所述微通道（6）将所述碱金属填充腔（4）与所述光学腔（5）连通，其深度小于所述中间层硅片（2）厚度。2.根据权利要求1所述的一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其特征在于，气室结构为一种全密封式的石英
‑
硅
‑
石英三层结构或者一种全密封式的石英
‑
硅
‑
玻璃三层结构，上层石英键合层（1）和所述下层石英键合层（3）的厚度为0.5mm，中间层硅片的厚度为1.5mm。3.根据权利要求1或2所述的一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其特征在于，所述的碱金属合金为铯原子释放剂及还原物封装形成的铯合金，或者为铷原子释放剂及还原物封装形成的铷合金。4.根据权利要求1或2所述的一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其特征在于，所述的碱金属填充腔（4）和光学腔（5）为矩形，尺寸分别为2mm
×
2mm和3mm
×
3mm，碱金属填充腔（4）和光学腔（5）或者为圆形。5.根据权利要求1或2所述的一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其特征在于，所述用于连接所述碱金属填充腔（4）和所述光学腔（5）的微通道（6）有三条或两条或四条。6.根据权利要求1或2所述的一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室，其特征在于，所述微通道（6）的长度和宽度可以分别是500μm和150μm。7.根据权利要求2所述的一种面向太赫兹波检测的MEMS碱金属原子气室的...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵锐，唐军，刘俊，马宗敏，李中豪，石云波，冯萌阳，郑健，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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