[發(fā)明專利]用于堿金屬直充的原子氣室制作一體化鍵合裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011495581.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112723306B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉飛;李強(qiáng);武春風(fēng);姜永亮;胡金萌;呂亮;成紅;李子熙;張璐;庹文波;任杰;趙坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢光谷航天三江激光產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B81C3/00
• 分類號(hào): B81C3/00
• 代理公司: 武漢知伯樂(lè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42282
• 代理人: 王福新

本發(fā)明公開(kāi)了用于堿金屬直充的原子氣室制作一體化鍵合裝置及方法，其裝置包括：真空傳送機(jī)構(gòu)；用于實(shí)現(xiàn)堿金屬直充氛圍的保護(hù)機(jī)構(gòu)；用于實(shí)現(xiàn)輸送及堿金屬直充操作的移物機(jī)構(gòu)；以及，用于實(shí)現(xiàn)硅片和高硼硅玻璃陽(yáng)極鍵合的陽(yáng)極鍵合機(jī)構(gòu)；保護(hù)機(jī)構(gòu)包括底座和密封罩，密封罩密封罩設(shè)于底座以形成一封閉空間；移物機(jī)構(gòu)和陽(yáng)極鍵合機(jī)構(gòu)均容設(shè)于封閉空間；真空傳送機(jī)構(gòu)與封閉空間連通；移物機(jī)構(gòu)用于將硅片和高硼硅玻璃傳送至陽(yáng)極鍵合機(jī)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了原子氣室制作的堿金屬直充的制作氛圍，同時(shí)其與真空傳送機(jī)構(gòu)還提供了潔凈、干燥的傳送氛圍；實(shí)現(xiàn)了原子氣室的陽(yáng)極鍵合、封裝、堿金屬填充的集成化生產(chǎn)，自動(dòng)化較高，生產(chǎn)效率和成品率良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)和量子傳感器的原子氣室制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及用于堿金屬直充的原子氣室制作一體化鍵合裝置及方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical?System，MEMS)原子氣室是芯片級(jí)原子器件的“心臟”，MEMS原子氣室的制作是原子鐘、原子磁力計(jì)等器件小型化微型化的要求，是芯片級(jí)原子鐘和小型化磁力計(jì)研制中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。MEMS原子氣室的設(shè)計(jì)制造包括原子氣室腔體的制作和堿金屬原子與緩沖氣體的填充兩大關(guān)鍵步驟。

原子氣室腔體的制作是通過(guò)陽(yáng)極鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn)。陽(yáng)極鍵合技術(shù)是Wallis和Pomerantz于1969年提出的，它可以在不使用粘結(jié)劑的情況下將高硼硅玻璃與硅片靜電鍵合在一起，這種鍵合相對(duì)熱熔結(jié)溫度低、鍵合面牢固不可逆。以4英寸的硅片為例，首先硅片進(jìn)行深硅刻蝕制作硅孔，將刻蝕后的硅片與高硼硅玻璃加熱到180-350℃，然后用力壓緊(1000N左右)硅片和高硼硅玻璃，硅片接電源正極，高硼硅玻璃接負(fù)極，電壓800-2000V。在電壓作用下，高硼硅玻璃中的鈉離子將向負(fù)極方向移動(dòng)，在緊鄰硅片的玻璃表面形成耗盡層，耗盡層帶有負(fù)電荷，硅片帶正電荷，硅片和高硼硅玻璃之間存在較大的靜電引力，使二者緊密接觸，在比較高的溫度下(180-350℃)，緊密接觸的硅/玻璃界面會(huì)發(fā)生鍵合反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵，如Si-O-Si鍵等。

在原子氣室腔體陽(yáng)極鍵合過(guò)程中，堿金屬的直接充制非常重要，傳統(tǒng)的充制反應(yīng)物產(chǎn)生堿金屬的方法，例如現(xiàn)有的商用陽(yáng)極鍵合機(jī)如EVG510鍵合機(jī)工作在潔凈間的開(kāi)放環(huán)境，不能直接充制堿金屬元素，只能采用反應(yīng)生成堿金屬元素的方式制造。在MEMS原子氣室的生產(chǎn)中，由于化學(xué)反應(yīng)生成的副產(chǎn)物常常附著在原子氣室的玻璃層上或內(nèi)壁上會(huì)導(dǎo)致原子氣室的透光率下降，影響堿金屬原子與調(diào)制激光的相互作用。再者，由于工藝原因使得各個(gè)MEMS原子氣室的堿金屬原子含量差異顯著，嚴(yán)重影響原子氣室的成品率。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要設(shè)計(jì)一種可用于堿金屬直充的原子氣室制作一體化陽(yáng)極鍵合裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供用于堿金屬直充的原子氣室制作一體化鍵合裝置及方法。

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于堿金屬直充的原子氣室制作一體化鍵合裝置，包括：

用于實(shí)現(xiàn)鍵合物料傳送的真空傳送機(jī)構(gòu)；用于實(shí)現(xiàn)原子氣室的堿金屬直充氛圍的保護(hù)機(jī)構(gòu)；用于實(shí)現(xiàn)硅片和高硼硅玻璃的輸送及堿金屬直充操作的移物機(jī)構(gòu)；以及，用于實(shí)現(xiàn)硅片和高硼硅玻璃陽(yáng)極鍵合的陽(yáng)極鍵合機(jī)構(gòu)；

所述保護(hù)機(jī)構(gòu)包括底座和透視密封罩，所述透視密封罩設(shè)有操作手套；所述透視密封罩密封罩設(shè)于所述底座以形成一封閉空間，所述封閉空間用于充入保護(hù)氣體以提供潔凈的工作空間，用于原子氣室的堿金屬直接轉(zhuǎn)移填充操作；

所述移物機(jī)構(gòu)和所述陽(yáng)極鍵合機(jī)構(gòu)均安裝于所述底座并設(shè)置在所述封閉空間的內(nèi)部；所述真空傳送機(jī)構(gòu)與所述保護(hù)機(jī)構(gòu)的封閉空間連通；所述移物機(jī)構(gòu)用于將硅片和高硼硅玻璃傳送至所述陽(yáng)極鍵合機(jī)構(gòu)。