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应用于芯片原子钟的微碱金属气室制备与研究

激光与光电子学进展 2018年第4期55卷 29-35页

作者：汤跃任子明李云超胡旭文张彦军闫树斌中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

利用感应耦合等离子体深硅刻蚀机与阳极键合机,制备出了应用于芯片原子钟的碱金属气室。以AZ4620光刻胶为硅片掩模,研究了深硅刻蚀后硅表面的形貌特征,对比了不同结构下深硅刻蚀速率。经过阳极键合,获得了三明治结构的微碱金属气室,并... 详细信息

利用感应耦合等离子体深硅刻蚀机与阳极键合机,制备出了应用于芯片原子钟的碱金属气室。以AZ4620光刻胶为硅片掩模,研究了深硅刻蚀后硅表面的形貌特征,对比了不同结构下深硅刻蚀速率。经过阳极键合,获得了三明治结构的微碱金属气室,并检测其饱和吸收谱线。实验结果表明:制备出的微碱金属气室在温度为80℃条件下出现明显的饱和吸收现象。

关键词：原子与分子物理学芯片原子钟碱金属气室饱和吸收感应耦合等离子体阳极键合

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芯片级铷原子气室的制备

中国科学：信息科学 2015年第5期45卷 693-700页

作者：李新坤王飞飞梁德春金鹏王占国北京航天控制仪器研究所北京100039 中国航天科技集团公司量子工程技术研究中心北京100094 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室北京100083

本文设计了一套技术方案,用于制备量子传感仪表的核心物理组件芯片级铷原子气室,工艺流程包括微小型硅孔容器制备、叠氮化铷(Rb N3)填充、晶圆级气密封装,以及叠氮化铷光照分解等.利用阳极键合技术,通过改进的玻璃/硅片/玻璃三层晶圆气... 详细信息

本文设计了一套技术方案,用于制备量子传感仪表的核心物理组件芯片级铷原子气室,工艺流程包括微小型硅孔容器制备、叠氮化铷(Rb N3)填充、晶圆级气密封装,以及叠氮化铷光照分解等.利用阳极键合技术,通过改进的玻璃/硅片/玻璃三层晶圆气密封装工艺完成了芯片级铷原子池的封装制备.为实现玻璃/硅片/玻璃三层晶圆键合,在完成玻璃/硅片两层晶圆键合后,采用倾斜角度溅射的方法在玻璃/硅片键合结构的背面(即玻璃一面)和侧边镀制了一定厚度的Al金属膜,将电学接触引导至硅片,然后进行第二次阳极键合,以此获得高质量的玻璃/硅片/玻璃三层键合结构.通过显微镜、芯片剪切力测试和He检漏仪等手段对键合结构进行检测分析表明,三层键合结构的两个键合截面均具有良好的键合强度,键合结构的气密性优于2.5×10-8Pa·m3·s-1.完成气密封装后,采用光辐照分解的方法使腔室中的Rb N3分解成Rb和N2,获得了以N2作为缓冲气体的铷原子池.通过透射光谱表明Rb有效地存在于腔室之中,证明了该工艺方案对制备芯片级碱金属原子气室是简便可行的.

关键词：量子传感原子气室碱金属叠氮化铷阳极键合

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PEO基聚合物固体电解质的键合性能

北京工业大学学报 2014年第11期40卷 1759-1762页

作者：阴旭刘翠荣赵为刚太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

为了促进微机电系统封装技术的发展,设计了应用聚氧化乙烯(polyethylene oxide,PEO)作为主体材料,通过掺杂不同的锂盐获得聚合物固体电解质用于阳极键合进行封装.阳极键合对材料的要求主要是具有离子导电性,因此采用X射线小角衍射(small... 详细信息

为了促进微机电系统封装技术的发展,设计了应用聚氧化乙烯(polyethylene oxide,PEO)作为主体材料,通过掺杂不同的锂盐获得聚合物固体电解质用于阳极键合进行封装.阳极键合对材料的要求主要是具有离子导电性,因此采用X射线小角衍射(small-angle X-ray scattering,SAXS)和傅里叶红外光谱(Fouriex transform infrared radiation spectroscopy,FTIR)对设计的高分子固体电解质的导电机理进行分析.研究结果表明:LiClO4的离解能更小;锂离子的迁移数更多;随着其质量分数的增加,电导率更高;通过键合结果发现,PEO-LiClO4和金属铝键合界面过渡层的产生是两者得以焊合的关键.

关键词：微机电系统聚合物固体电解质阳极键合离子导电

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基于玻璃回流的TGV衬底制备

半导体光电 2021年第4期42卷 521-524页

作者：訾鹏刘武梁贺龙徐海军上海交通大学微米/纳米加工技术国家级重点实验室上海200240 上海交通大学微纳电子学系上海200240

针对MEMS器件背面引线的需求,提出了一种基于玻璃通孔(TGV)加工方法的10.16cm(4inch)圆片衬底的制备工艺流程。首先深硅刻蚀导电硅片,然后将硅片和玻璃片阳极键合,随后将键合后的玻璃-硅圆片经高温加热,使玻璃填充至硅片中,再依次研磨... 详细信息

针对MEMS器件背面引线的需求,提出了一种基于玻璃通孔(TGV)加工方法的10.16cm(4inch)圆片衬底的制备工艺流程。首先深硅刻蚀导电硅片,然后将硅片和玻璃片阳极键合,随后将键合后的玻璃-硅圆片经高温加热,使玻璃填充至硅片中,再依次研磨抛光玻璃-硅圆片的正面玻璃和背面硅,直至硅与嵌入玻璃在同一平面,最后得到了厚度为258μm的4inch圆片衬底,其轮廓算术平均偏差、轮廓最大高度、微观不平度十点高度的平均值分别为13,71和49nm。此外,测得圆片中硅导通柱电阻率为0.023Ω·cm。

关键词： TGV 阳极键合表面粗糙度硅导通柱

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一种扭摆式硅微机械加速度传感器

传感器与微系统 2006年第8期25卷 85-88页

作者：毋正伟陈德勇杨苗苗徐磊中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室

介绍了一种基于体硅微机电系统(MEMS)工艺制作的扭摆式硅微机械加速度传感器,对制作过程的一些工艺问题进行探讨,并提出相应的解决办法,主要涉及到硅-玻璃阳极键合、结构释放等关键工艺。对测试结果进行了初步分析,分辨力可以达到1mgn,... 详细信息

介绍了一种基于体硅微机电系统(MEMS)工艺制作的扭摆式硅微机械加速度传感器,对制作过程的一些工艺问题进行探讨,并提出相应的解决办法,主要涉及到硅-玻璃阳极键合、结构释放等关键工艺。对测试结果进行了初步分析,分辨力可以达到1mgn,测试±1gn范围内线性度可以达到99.99%。

关键词：加速度传感器体硅工艺电容式阳极键合微机电系统

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基于多反射腔的原子器件的一些进展

中国科学技术大学学报 2019年第12期49卷 957-964页

作者：蔡波郝传鹏盛东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系精密科学仪器安徽普通高校重点实验室(中国科学技术大学) 合肥微尺度物质科学国家研究中心

原子器件是多门学科交叉形成的研究领域.它结合原子光谱的稳定性和精密仪器的小型化技术,实现了新型的高精度探测器件.目前原子器件在原子钟、磁力仪和陀螺仪等方面都有着一定的研究规模和可预见的应用前景.多反射腔可以增加原子与光的... 详细信息

原子器件是多门学科交叉形成的研究领域.它结合原子光谱的稳定性和精密仪器的小型化技术,实现了新型的高精度探测器件.目前原子器件在原子钟、磁力仪和陀螺仪等方面都有着一定的研究规模和可预见的应用前景.多反射腔可以增加原子与光的作用距离,在不改变其他参数的情况下提高器件的灵敏度,是实现高灵敏度小型化原子器件的有效方法之一.本文首先回顾之前基于多反射腔的一些原子器件的进展,并着重讨论基于Herriott腔的原子磁力仪.在这方面,我们利用阳极键合和三维打印光学平台的方法简化光路调节,实现了便于使用的含多反射腔的原子磁力仪,并将其应用到电子与核自旋磁力仪.

关键词：原子器件原子磁力仪多反射腔阳极键合

埋氧层对SOI/玻璃键合的影响及其键合工艺的改进

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厦门大学学报（自然科学版） 2012年第6期51卷 1011-1015页

作者：郑志霞冯勇建莆田学院电子信息工程学系福建莆田351100 厦门大学物理与机电工程学院福建厦门361005

运用阳极键合技术,对绝缘体上硅(SOI)/玻璃进行阳极键合实验,发现当埋氧层厚度超过500nm时,键合很难成功.分析了SOI埋氧层厚度对耗尽层电压降及键合静电力的影响,得出由于埋氧层的分压作用,耗尽层的压降减小,键合静电力减弱,导致键合失... 详细信息

运用阳极键合技术,对绝缘体上硅(SOI)/玻璃进行阳极键合实验,发现当埋氧层厚度超过500nm时,键合很难成功.分析了SOI埋氧层厚度对耗尽层电压降及键合静电力的影响,得出由于埋氧层的分压作用,耗尽层的压降减小,键合静电力减弱,导致键合失败.通过设计高压直流和高压脉冲两种输出方式的电源系统,提高氧负离子的迁移速率从而提高键合速度.从平板式阳极引一根探针电极到SOI器件层表面,使键合电压直接加在耗尽层上,避免埋氧层厚度对键合的影响,提高键合静电力.实验表明,通过改进的键合设备能实现不同氧化层厚度的SOI片与玻璃间的键合,该设备还适用于其他异质材料间的阳极键合.

关键词：绝缘体上硅阳极键合埋氧层键合电压脉冲电源

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MEMS电容式超声传感器设计

压电与声光 2013年第5期35卷 706-710页

作者：于佳琪何常德张永平苗静李玉平薛晨阳张文栋中北大学电子测试国家重点实验室山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

在传统的电容式超声传感器(CMUT)制造过程中,用低压化学气相淀积技术形成的氮化硅薄膜残余应力大且机械性能难以预知。为此,设计了一种基于阳极键合技术的CMUT,传感器薄膜和空腔分别定义在均匀性好、残余应力低的SOI片和玻璃片上。建立... 详细信息

在传统的电容式超声传感器(CMUT)制造过程中,用低压化学气相淀积技术形成的氮化硅薄膜残余应力大且机械性能难以预知。为此,设计了一种基于阳极键合技术的CMUT,传感器薄膜和空腔分别定义在均匀性好、残余应力低的SOI片和玻璃片上。建立了一个简化的分析模型对该结构进行机械性能分析,采用有限元分析软件ANSYS仿真验证该所建立的分析模型并预估传感器的性能。利用ANSYS静电-结构耦合仿真给出了塌陷电压。介绍了敏感单元的工艺流程。所设计的传感器频率为1.48 MHz,灵敏度为0.24fF/Pa,塌陷电压为70V,量程为48kPa。

关键词：电容式超声传感器微机电系统(MEMS) 阳极键合 ANSYS 工艺流程

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基于热粘性声学的电容式声压水听器

微纳电子技术 2020年第7期57卷 532-540页

作者：张鹏飞王任鑫李照东张文栋中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对水下设备平台对于声压信号探测的需要,设计了一款微电子机械系统(MEMS)电容式声压水听器,通过理论分析和Comsol仿真分析,确定水听器敏感振动薄膜的半径为600μm,膜厚为3μm,空腔高度为3μm。考虑到声波在小尺寸声学换能器中传播时... 详细信息

针对水下设备平台对于声压信号探测的需要,设计了一款微电子机械系统(MEMS)电容式声压水听器,通过理论分析和Comsol仿真分析,确定水听器敏感振动薄膜的半径为600μm,膜厚为3μm,空腔高度为3μm。考虑到声波在小尺寸声学换能器中传播时会受到热阻尼和粘滞阻尼的作用,在仿真分析的过程中创新性地加入了热粘性声学多物理场。在工艺加工的过程中尝试了牺牲层工艺和阳极键合工艺两种关键工艺步骤,并最终通过阳极键合工艺得到了质量较高的振动薄膜。测试过程中将水听器封装在金属屏蔽壳内,避免受到外界复杂电磁环境的干扰,利用阻抗分析仪对水听器进行测试,得到水听器平均电容值为4.277 pF,平均相位为-89.129°,证明水听器符合电容性特征并且具有良好的一致性,同时验证了振动薄膜加工方案的可行性,为制备薄膜结构的传感器提供了新思路。

关键词：电容式声压水听器热粘性声学振动薄膜牺牲层阳极键合