负压成型微型原子腔、微型原子钟芯片及制备方法

摘要

本发明公开一种负压成型微型原子腔、微型原子钟芯片及其制备方法，刻蚀深槽形成硅模具；将硅模具与硼硅玻璃组装圆片在真空下进行阳极键合，形成密封腔体；加热至玻璃软化温度以上，并保温，冷却，将上述圆片退火消除应力；在上述成型好的玻璃微腔内放入原子钟所必须的物质，在氮气气氛和室温下与硅衬底进行预键合使玻璃微腔密封，然后保持压力再进行阳极键合，从而得到密封玻璃原子腔；腐蚀，去除硅模具，得到带有平直垂直侧面的微型原子腔；在所述玻璃微腔周围的硼硅玻璃组装圆片上制备加热器，将各组件分别组装到硼硅玻璃组装圆片相应的位置上；制备引脚，并分别与电源及处理电路相连接。该方法工艺简单、成本低廉。

主权项

一种负压成型微型原子腔、微型原子钟芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，利用干法在硅圆片上刻蚀四方形深槽（7）形成硅模具（8）；第二步，将上述刻有深槽的硅模具（8）与Pyrex硼硅玻璃组装圆片（4）在真空下进行阳极键合形成密封腔体，阳极键合的条件为：温度为300‑500℃，电压为400‑800V；第三步，将上述键合好的圆片在一个大气压下加热至玻璃软化温度以上，并在该温度下保温10‑30分钟，腔内外压力差使软化后的玻璃与深槽（8）的壁面和底部接触，从而在玻璃的背面形成带有平直垂直侧面（311）的玻璃微腔（31），将上述圆片退火消除应力，退火温度为550℃～570℃范围内，保温时间为30min，然后缓慢冷却到室温；第四步，在上述成型好的玻璃微腔内放入原子钟所必须的物质，在氮气气氛和室温下与硅衬底（32）进行预键合：将两圆片叠放并施加压力使得两圆片紧密的贴合在一起从而使玻璃微腔（31）密封；然后保持压力再进行阳极键合，阳极键合的条件为：温度为300‑500℃，电压为600‑1000V，从而得到密封玻璃原子腔（3），第五步，采用单面腐蚀，去除硅模具（8），得到带有平直垂直侧面（311）的微型原子腔；第六步，在所述玻璃微腔（31）周围的硼硅玻璃组装圆片（4）上制备加热器（33）；第七步，将激光发生器（1），激光探测器（2），滤波器（5）和四分之一波片（6）分别组装到硼硅玻璃组装圆片（4）相应的位置上并与密闭玻璃原子腔（3）的平直垂直侧面（311）的中心位于同一条光轴上，激光发生器（1）发出的激光经过滤波器（5）、四分之一波片（6）和密闭玻璃原子腔（3）后能够被激光探测器（2）所探测到；第八步，制备加热器（33）、激光发生器（1）和激光探测器（2）的引脚，并分别与电源及处理电路相连接，得到微型原子钟芯片。