[发明专利]一种双腔MEMS碱金属气室及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双腔MEMS碱金属气室及其制备方法，P型(100)晶面双面抛光硅片上设有工作腔室、辅助腔室以及连接通道，第一玻璃片和第二玻璃片分别键合于P型(100)晶面双面抛光硅片的背面和正面并将工作腔室、辅助腔室和连接通道密封，工作腔室、辅助腔室、连接通道表面、第一玻璃片上与工作腔室和辅助腔室对应的区域以及第二玻璃片上与工作腔室、辅助腔室和连接通道对应的区域表面均设有HF型派瑞林薄膜；辅助腔室内设有碱金属化学反应物，工作腔室、辅助腔室和连接通道内填充有保护气体。与传统碱金属气室相比，本发明双MEMS碱金属气室具有体积小、气室间一致性好，以及批量制造等优点。

技术领域

本发明专利属于MEMS加工工艺领域，具体涉及一种双腔MEMS碱金属气室及其制备方法。

背景技术

随着量子技术的发展，原子钟、原子陀螺仪、原子磁强计等一系列基于量子效应的器件被研制出来，而这些器件的核心则为碱金属气室，因此，碱金属气室的研制是这些微小型器件制备的关键。传统的碱金属气室采用玻璃吹制方法进行制备，但该方法制备的气室存在体积大以及加工后的焊枪烧断残留导致气室间的一致性差以及存在着难以实现大批量生产的问题。近年来，随着MEMS技术的发展，使得碱金属气室的小型化成为可能，越来越多的人投入到MEMS碱金属气室的研究。MEMS碱金属气室在制备时需要满足以下几点要求：(1)透光性要求。气室在工作时需要分别采用泵浦光和探测光来实现对碱金属的极化以及探测，故需要碱金属气室满足透光性的要求。(2)密封性要求。碱金属易与空气中的氧气以及水蒸气发生反应，一般情况下，碱金属需要在真空或惰性气体条件下工作，碱金属气室需要为碱金属的正常工作提供真空或惰性气体环境从而保证碱金属不会发生氧化还原反应。(3)足够长的驰豫时间。碱金属气室在工作时，如果其弛豫时间太短则不能实现相应器件的功能，故需碱金属气室能达到足够长的弛豫时间。现阶段，MEMS碱金属气室仍面临碱金属注入困难、密封性差、弛豫时间短等问题。

发明内容

本发明为了减小碱金属气室的体积，提升碱金属气室性能，实现碱金属气室的批量化生产，提出了一种双腔MEMS碱金属气室及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种双腔MEMS碱金属气室，包括P型(100)晶面双面抛光硅片和第一玻璃片和第二玻璃片，P型(100)晶面双面抛光硅片上设有工作腔室、辅助腔室以及将工作腔室和辅助腔室相互连通的连接通道，第一玻璃片和第二玻璃片分别键合于P型(100)晶面双面抛光硅片的背面和正面并将工作腔室、辅助腔室和连接通道密封，工作腔室、辅助腔室、连接通道表面、第一玻璃片上与工作腔室和辅助腔室对应的区域以及第二玻璃片上与工作腔室、辅助腔室和连接通道对应的区域表面均设有HF型派瑞林薄膜；辅助腔室内设有碱金属化学反应物，工作腔室、辅助腔室和连接通道内填充有保护气体。

优选的，所述工作腔室和辅助腔室在P型(100)晶面双面抛光硅片的厚度方向贯穿P型(100)晶面双面抛光硅片，连接通道在P型(100)晶面双面抛光硅片的厚度方向未贯穿P型(100)晶面双面抛光硅片。

本发明如上所述双腔MEMS碱金属气室的制备方法包括如下步骤：

步骤1，在P型(100)晶面双面抛光硅片的正面和反面均沉积氮化硅层，再在氮化硅层表面沉积二氧化硅层；

步骤2，在P型(100)晶面双面抛光硅片正面和反面的二氧化硅层表面溅射Al掩膜层，并在Al掩膜层表面设置光刻胶层；

步骤3，在P型(100)晶面双面抛光硅片的正面上与连接通道相对应的区域进行光刻，在P型(100)晶面双面抛光硅片的背面上与工作腔室和辅助腔室对应的区域进行光刻，之后利用NaOH溶液进行显影，直到没有棕色物质析出为止，显影完成；之后去除P型(100)晶面双面抛光硅片的正面上与连接通道相对应区域以及P型(100)晶面双面抛光硅片的正面上与工作腔室和辅助腔室对应区域的Al掩膜层以及二氧化硅层；