【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原子器件的，特别涉及一种多腔式微型原子气室及其制备方法。
技术介绍
1、原子气室是众多量子传感应用如cpt原子钟、原子磁力计、原子陀螺仪、里德堡原子电场计、多普勒展宽测温等的核心器件，其参数一致性和长期密封性，稳定性直接决定了诸多量子传感应用系统的一致性、稳定性和开发难度；其量产规模速度直接影响其生产成本，进而影响使用者的使用成本。
2、现有原子气室的制备方法中，随着原子气室体积的缩小，其填充难度会急剧上升，填充速度慢，气室之间的参数均匀性也差，制备的原子气室长期密封性不良。主要原因在于传统mems原子气室的填充大多使用一对一的形式对原子气室进行碱金属蒸气填充。这样填充速度慢，蒸气压力小，气室之间性能差异大。另外现有技术原子气室填充后，封闭是熔融玻璃填充水平微通道，这样造成原子气室长期密封性不良。
3、如中国专利cn114477074a中多个原子气室均为贯穿的通孔，没有设置气源孔，每个原子气室投放的碱金属叠氮化物存在误差，会造成气室之间的参数均匀性差。中国专利cn116101970a中原子气室为通孔，微通道为水平设置，采用激光退火的方法密封，此方法制备的原子气室长期密封性不好。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有技术中原子气室长期密封不良、多个原子气室之间性能差异大的问题。本专利技术提供一种多腔式微型原子气室及其制备方法，其制备方法采用一个气源室对应多个原子气室，并且用于形成气源室的并非通孔，而是未贯穿的凹槽，凹槽底部设置直角状微通道，融封
2、为解决本专利技术的目的一是提供一种多腔式微型原子气室的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、于衬底一面刻蚀出气源凹槽与两个或三个以上的气室通孔；
4、s2、于衬底另一面刻蚀出两端分别连通气源凹槽与气室通孔的直角状微通道；所述直角状微通道包括垂直于气源凹槽底面的垂直通道和位于衬底表面的水平通道；
5、s3、向气源凹槽内填充碱金属叠氮化物，再于真空条件下，在衬底的两面分别键合玻璃，形成气源室和原子气室；
6、s4、激发碱金属叠氮化物，使其分解；
7、s5、待碱金属蒸汽扩散均匀，熔融封堵步骤s2所述垂直通道；
8、s6、对晶圆进行划片处理，完成气源室与原子气室的分离。
9、在本专利技术提供的制备方法，使用cmos平台兼容的硅基mems工艺，采用激光等方式熔融玻璃，使得熔融玻璃在重力作用下，封堵垂直通道。相较于现有技术中常用的水平通道，垂直封堵能更加紧实的封堵垂直通孔。水平通道截面是矩形的，现有的水平封堵在交界处可能无法将夹角完全封堵，熔融玻璃很难去填充水平通道的角落，从而导到密封不严，长期使用后，会出现泄露的情况。
10、在本专利技术中，气室通孔的数目可根据需要设置，具体可设置2、3、4、5、6、7、8、9个等。
11、在本专利技术的一些实施方式中，每个气室通孔与气源凹槽之间连通的直角状微通道长度相等。
12、在本专利技术的一些实施方式中，气室通孔为3-5个。
13、在本专利技术的一些实施方式中，步骤s1所述刻蚀为深硅刻蚀或激光刻蚀。
14、在本专利技术的一些实施方式中，所述垂直通道的横截面为圆形或是椭圆形。相较于带有尖锐直角或是钝角的多边形孔，夹角的尖部更不容易被完全封堵；本申请的圆形或椭圆形，其各处能光滑过度，在熔融玻璃封堵时能更容易的贴合到垂直通道的壁面，不会形成死角，能保证长期密封效果。垂直通道为点和面的接触，密封性好。
15、在本专利技术的一些实施方式中，垂直通道为深硅刻蚀或激光刻蚀；
16、和/或，所述水平通道为湿法刻蚀或激光刻蚀。
17、在本专利技术的一些实施方式中，水平通道的刻蚀步骤为：在垂直通道贯穿衬底的一侧，先进行涂胶，用光刻的方法进行图形转移，形成水平通道掩膜；使用常规湿法刻蚀或激光的方法进行水平通道的刻蚀，实现垂直微通道与气室通孔的连通，并完成去胶和清洗。
18、在本专利技术的一些实施方式中，步骤s6所述划片处理的划片位置避开原子气室、水平通道和熔融封堵后的垂直通道。
19、封堵后的原子气室是独立空间，划片时如划穿此区域，则会造成泄露。所以要避开形成原子气室的各处位置。
20、在本专利技术的一些实施方式中，所述深硅刻蚀为先进行涂胶，用光刻的方法进行图形转移，形成对应的掩膜；用反应离子刻蚀；和/或，所述深硅刻蚀完成刻蚀后进行去胶和清洗。
21、在本专利技术的一些实施方式中，气源凹槽与气室通孔分开刻蚀，优选地，先刻蚀多个用于形成原子气室的气室通孔，再刻蚀出用于形成气源室的气源凹槽；
22、优选地，气室通孔的刻蚀步骤为：先在衬底的一面进行涂胶，用光刻法的方法进行图形转移，形成正面气室通孔掩膜；使用反应离子刻蚀完成气室通孔的刻蚀，并完成去胶和清洗；
23、和/或，气源凹槽的刻蚀步骤为：在衬底的另一面进行涂胶，用光刻的方法进行图形转移，形成气源凹槽掩膜；使用深反应离子刻蚀完成气源凹槽的刻蚀，并完成去胶和清洗。
24、在本专利技术的一些实施方式中，步骤s3所述碱金属叠氮化物包括叠氮化铷与叠氮化铯中的至少一种；和/或所述碱金属叠氮化物的量为10mg-1g。
25、优选所述碱金属叠氮化物为叠氮化铷或叠氮化铯。
26、在本专利技术的一些实施方式中，步骤s4激发碱金属叠氮化物使其分解，具体步骤为：在加热或紫外激光辐照的条件下，对叠氮化物进行充分的辐照，使碱金属叠氮化物分解完成气室内碱金属蒸气的扩散。
27、所述碱金属叠氮化物的量大于50mg时，激光照射叠氮化物的时间越长，就能产生更多的气体，所以同样的体积下压力会更大，能使得个原子气室内的压力更加平衡稳定。
28、在本专利技术的一些实施方式中，步骤s5所述碱金属蒸汽浓度为1×1010/cm3-5×1015/cm3，压力为0.13-13kpa，优选为1-1.5kpa，更优选为1.3kpa。
29、各室的碱金属蒸汽扩散完全，也即是各室压力相同时，及视为扩散完全。
30、在本专利技术的一些实施方式中，划片位置位于气源室上，延伸至个原子气室之间的晶圆衬底上，完全避开原子气室，以防止原子气室泄露。
31、本专利技术的目的二在于提供：上述制备方法制得的多腔式微型原子气室。
32、经上述制备方法，制得的衬底上有多个压力相同的原子气室和气源室，熔融封堵垂直通道，实现完全密封，再进行划片处理，使得各个原子气室分离，从而实现一次制备多个原子气室，此同批次的原子气室压力等参数相同，提高了产品的稳定性。
33、在本专利技术的一些实施方式中，所述原子气室的压力为0.13-13kpa，优选为1-1.5kpa，更优选为1.3kpa。
34、在本专利技术的一些实施方式中，所述原子气室为毫米、百微米或亚微米级别，优选为百微米或亚微米级本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多腔式微型原子气室的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每个气室通孔与气源凹槽之间连通的直角状微通道长度相等；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述垂直通道为深硅刻蚀或激光刻蚀；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S6所述划片处理的划片位置避开原子气室、水平通道和熔融封堵后的垂直通道。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述深硅刻蚀为先进行涂胶，用光刻的方法进行图形转移，形成对应的掩膜；用反应离子刻蚀；
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3所述碱金属叠氮化物包括叠氮化铷与叠氮化铯中的至少一种；
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S5所述扩散后的碱金属蒸汽浓度为1×1010/cm3-5×1015/cm3，压力为0.13-13kPa。
8.如权利要求1-7任一项所述制备方法制得的多腔式微型原子气室。
9.根据权利要
10.根据权利要求8或9所述的多腔式微型原子气室，其特征在于：所述原子气室为毫米、百微米或亚微米级别。
...【技术特征摘要】
1.一种多腔式微型原子气室的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每个气室通孔与气源凹槽之间连通的直角状微通道长度相等；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述垂直通道为深硅刻蚀或激光刻蚀；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s6所述划片处理的划片位置避开原子气室、水平通道和熔融封堵后的垂直通道。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述深硅刻蚀为先进行涂胶，用光刻的方法进行图形转移，形成对应的掩膜；用反应离子刻蚀；
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李新普，李奕晗，常晓阳，周子尧，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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