[发明专利]一种高度可调的磁控加热一体式装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高度可调的磁控加热一体式装置及其制备方法，该装置由硅晶圆片、聚酰亚胺以及金属材料通过MEMS工艺制备而成。所述装置包括：作为顶部盖板和底部底板的加热板，加热板正反两面上溅射了特殊布线的加热线圈，以实现低磁场加热；分布在四周的四个磁壁，磁壁上溅射一层金属作为磁场线圈，四个磁壁的对称分布实现磁场中心的高均匀性；四个位于侧面的支撑壁，通过刻蚀实现的凹槽可以调节磁壁的高度，从而调节磁场均匀点高度，板壁间通过聚酰亚胺作为铰链实现链接，从而使得应用中磁场中心的调节以及光路对准更为便利，同时可应用在不同规格的原子气室上，应用范围广。

技术领域

本发明涉及一种用于核磁共振陀螺仪的磁控加热一体式设备及其制备方法，特别是涉及一种高度可调的磁控加热一体式装置及其制备方法。

背景技术

核磁共振陀螺仪正常工作需要对碱金属原子施加匀强磁场，使碱金属原子以磁场方向为轴进行拉莫进动，同时核磁共振现象的产生还需要在垂直于匀强磁场方向施加一定频率的磁场；除此之外为了使得气室内的碱金属原子维持气态，需要对气室进行稳定的加热。磁场的均匀度以及温度的稳定以及加热线圈所产生的磁场直接影响核磁共振陀螺仪的性能。

为了获得高均匀性的磁场以及低磁干扰的加热环境，学者们做出了各种尝试和设计。在磁场线圈方面，常用的有赫尔姆霍茨线圈、鞍形线圈以及圆柱形线圈等，通过调整线圈扎数、间距等参数来获得较高均匀性；在低磁场加热线圈方面，常用无磁金属按着特殊的对称形状布线以达到导线间磁场相互抵消的目的。但现有的磁线圈以及加热线圈的设计与制造都是相对独立的，并且磁线圈的高度均是固定不可调的，应用在规格不同的原子气室上时需要多次拆卸以调整到最佳高度，使得气室处于均匀磁场处，较为不便。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供了一种高度可调的磁控加热一体式装置，该装置以无磁加热板为底和盖，并用磁场线圈壁作为四壁实现磁控和加热的一体化，同时通过调节磁壁和支撑壁的配合能实现磁场中心高度的调节，便于应用在规格不同的原子气室上，更加方便；本发明还提供一种高度可调的磁控加热一体式装置的加工制备方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

该装置由硅晶圆片、聚酰亚胺以及金属材料通过MEMS工艺制备而成。包括：作为顶部盖板和底部底板的加热板，加热板正反两面上溅射了特殊布线的加热线圈，以实现低磁场加热；分布在四周的四个磁壁，磁壁上溅射一层金属作为磁场线圈，四个磁壁的对称分布实现磁场中心的高均匀性；四个位于侧面的支撑壁，通过刻蚀实现的凹槽可以调节磁壁的高度，从而调节磁场均匀点高度；板壁间通过聚酰亚胺作为铰链实现链接。

具体技术方案为：

一种高度可调的磁控加热一体式装置，包括顶部加热板、相对设置的两个调节磁壁、相对设置的两个随动磁壁、四个支撑壁和底部加热板，其中顶部加热板、两个调节磁壁、两个随动磁壁和底部加热板围成四方体，两个调节磁壁和两个随动磁壁与顶部加热板通过聚酰亚胺作为铰链相连接，四个支撑壁与底部加热板之间利用聚酰亚胺作为铰链相连接；其中每个调节磁壁分别由两个支撑壁调节高度并固定。

可选的，顶部加热板和底部加热板正反面上均对称设有加热线圈，加热导线按矩形轮廓缠绕，加热导线在缩进边界线处向内缠绕缩进一层，加热导线在加热板中心处通过通孔延伸至背部并缠绕出与正面线圈图案以加热板为对称平面的对称线圈图案。

可选的，两个调节磁壁正交于顶部加热板和底部加热板对立分布，调节磁壁中心设有通光孔，调节磁壁内表面与通光孔同心设置有磁场线圈，调节磁壁通光孔两侧分别设有一与顶部加热板垂直的滑道，滑道远离通光孔的一侧平行设有一凸起阵列。

可选的，调节磁壁上的凸起阵列中相邻两个凸起间的距离为100微米，因此高度调节的精度为100微米。