[发明专利]一种纵向双腔原子气室及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纵向双腔原子气室及其制备方法，由玻璃、硅片、玻璃依次键合而成；所述原子气室包括设在上层玻璃和硅片之间的上层气室，与上层气室相连通、刻蚀在硅片上的用于吹制上层气室的凹槽，刻蚀在下层玻璃上的反应室，与凹槽、反应室向连通的过滤通道；所述凹槽的深度小于硅片的厚度；过滤通道包括刻蚀在硅片上的第一通道。本发明在化学反应填充技术的基础上设计了上检测下反应的纵向双气腔结构，在保留定量配比的同时，纵向结构优化了气室占地空间大小；纵向的结构也会使得重力限制生成的杂质向上层检测气室流通。

技术领域

本发明涉及一种原子气室及其制备方法，特别是涉及一种纵向双腔原子气室及其制备方法。

背景技术

原子气室作为原子钟与原子陀螺仪的核心部件，其设计与制造技术会直接影响原子钟与陀螺仪的性能。

为了获得气密性好、气体纯度高、体积小的原子气室，各国研究人员们做出了各种尝试与设计。随着MEMS加工技术的发展，原子气室制备的关键更是落在了碱金属气体与缓冲气体的填充技术身上。就目前，原子气室的制备工艺可分为：化学反应生成碱金属元素法、光分解法、碱金属单质直接填充法、电化学分解法、利用蜡状物资包裹元素注入法等。其中光分解法通过光解RbN3和CsN3来产生碱金属气体与缓冲气体，但是光解过程缓慢，需要非常长的时间；碱金属单质直接填充法、电化学分解法、利用蜡状物资包裹元素注入法都能获得较高的气体浓度，但是也都对操作环境要求高，工艺较复杂同时成本较高。而化学反应生成法就其不需要对碱金属直接操作，工艺简单，可控制气体比例的特点受到较为广泛的应用，但它却容易引入杂质，影响性能。为此，研究者们设计了双气室的结构来避免引入杂质，然而传统双气室的结构因为两个气室并排分布，会占据不小的空间。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供一种纵向双腔原子气室，原子气室的反应室和观察室呈纵向分布，优化了体积的同时，利于杂质的沉积，提高了气体的纯度；本发明还提供了一种纵向双腔原子气室的制备方法。

技术方案：本发明提供的一种纵向双腔原子气室，由玻璃、硅片、玻璃依次键合而成；所述原子气室包括设在上层玻璃和硅片之间的上层气室，与上层气室相连通、刻蚀在硅片上的用于吹制上层气室的凹槽，刻蚀在下层玻璃上的反应室，与凹槽、反应室向连通的过滤通道；所述凹槽的深度小于硅片的厚度，所述过滤通道包括刻蚀在硅片上的第一通道。

进一步地，所述过滤通道还包括刻蚀在下层玻璃上的第二通道，第二通道与反应室、第一通道相连通。

优选地，所述第二通道与第一通道相互垂直。相互垂直的设置使得下层的反应室中的杂质更不容易进入上层气室内。

优选地，所述第二通道呈U形。

优选地，所述第一通道的直径为40～60μm，长度为250～350μm。细长的第一通道可以使得下层的反应室中的杂质更不容易进入上层气室内。

优选地，所述凹槽包括采用各向异性刻蚀得到的斜槽。实际加工中，凹槽包括上凹槽和下凹槽，其中上凹槽是采用DRIE刻蚀得到的垂直槽，下凹槽是采用各向异性刻蚀得到的斜槽。该凹槽是为了充盈一定的气体在里面，以便吹制出上层气室，其次是为了与下部的通孔连通，斜槽相对于垂直向下的槽，可以加工出更为细长的第一通道，更好地避免了杂质跑去上层气室。

本发明还提供了一种纵向双腔原子气室的制备方法，包括如下步骤，

(1)清洗硅片，在硅片表面沉积二氧化硅或氮化硅层做掩膜，涂覆光刻胶，光刻出图案，去除多余掩膜层，暴露出需要刻蚀的硅；

(2)去除残余光刻胶，再次涂覆光刻胶，光刻图形，通过DRIE刻蚀出凹槽；

(3)去除光刻胶，在KOH溶液中进行各向异性刻蚀，形成具有斜面的凹槽，去除全部残留掩膜；