[发明专利]一种微型碱金属原子气室单元的制备方法

权利要求书

1.一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现：

一、采用光刻腐蚀法在硅片上光刻出具有辅助气室—工作气室结构的单个气室单元，在辅助气室与工作气室之间设置有微通道，得到光刻腐蚀处理后的硅片；

二、通过热量化法在步骤一得到的光刻腐蚀处理后的硅片表面形成二氧化硅层，然后采用CVD沉积氮化硅层，得到带有掩膜层的硅片；

三、对步骤二带有掩膜层的硅片进行预热除水后，在匀胶机上对硅片表面均匀涂抹光刻胶，得到涂有光刻胶的带有掩膜层的硅片，然后进行光刻处理，光刻处理后使用浓磷酸溶液及BOE腐蚀液去除未被光刻胶保护的掩膜层，打开硅片窗口得到带有硅腐蚀窗口的硅片；

四、将带有硅腐蚀窗口的硅片浸泡到质量浓度为40％的氢氧化钾溶液中进行腐蚀，得到微原子气室框架结构，然后通过浸泡的方式用BOE腐蚀液及浓磷酸溶液分别去除氮化硅层和二氧化硅层，得到微原子气室框架基片；

五、使用去离子水清洗步骤四得到的微原子气室框架基片，然后置于RCA溶液和HF酸组成的混合液中浸泡0.8～1.2h，用去离子水冲洗干净后再在室温下用N₂烘干，得到活化处理后的微原子气室框架基片；

六、将活化处理后的微原子气室框架基片放在玻璃片的上表面，放入真空键合装置中，控制键合加热温度为200～400℃，键合电压为800～1500伏，真空度为1×10^-4Pa，键合电流调节到4～10mA的峰值后下降，当回路电流降到峰值电流的十分之一以下时，完成键合过程，形成硅—玻璃半气室；

七、将硅—玻璃半气室置于沉积装置中，控制硅—玻璃半气室中玻璃表面温度至-80℃以下，遮盖板垂直位于硅—玻璃半气室下方并安装在蒸发台上，将叠氮化铯研磨成粉末，填入蒸发靶台内，然后通过真空泵将蒸发台抽至1×10^-4Pa的真空环境下，对靶台加热至250℃以上，放置2～4小时后继续将蒸发靶台的温度升至310℃，叠氮化铯熔化后再将蒸发靶台的温度升至340℃，蒸发的一部分叠氮化铯通过遮盖板上的通孔沉淀到硅—玻璃半气室中辅助气室内的玻璃表面上，其余的叠氮化铯沉淀到遮盖板上，取下遮盖板后，得到镀有叠氮化铯膜的硅—玻璃半气室；

八、将第二片玻璃片放置在镀有叠氮化铯膜的硅—玻璃半气室上，然后放入真空键合装置中，共同升温至250℃，保持4～8个小时，调节键合缓冲气体气氛的压力至10～300Torr，控制键合加热温度为230～300℃，键合电压为800～1500伏，真空度为1×10^-4Pa，键合电流调节到4～10mA的峰值后下降，当回路电流降到峰值电流的十分之一以下时，完成键合过程，形成玻璃—硅—玻璃微原子气室；

九、采用紫外线灯照射玻璃—硅—玻璃微原子气室中的叠氮化铯膜，将辅助气室加热至98℃使单质铯汽化，铯蒸汽由辅助气室进入工作气室，得到微型碱金属原子气室单元。

2.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤六和步骤八中所述的玻璃片为Pyrex玻璃或BK7系列玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤二中二氧化硅层的厚度为300nm，氮化硅层的厚度为500nm。

4.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤三和步骤四中所述的BOE腐蚀液由质量比为1:6的HF和NH₄F混合而成。

5.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤五中所述的RCA溶液由质量分数为10％NH₄OH、20％H₂O₂和余量的H₂O组成。

6.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤六和步骤八键合时施加的压力为500～1500牛顿。

7.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤七将蒸发靶台加热至250℃以上，控制升温速度不大于每分钟2℃。

8.根据权利要求1所述的一种微型碱金属原子气室单元的制备方法，其特征在于步骤七中所述的叠氮化铯膜的厚度为100nm～500nm。