一种用于微波场强探测的微型探头，制作方法及应用

摘要

本发明公开一种用于微波场强探测的微型探头，制作方法及应用，包括：将第一玻璃片晶圆置于中间，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆分别置于第一玻璃片的上表面和下表面，键合形成硅‑玻璃‑硅晶圆；将键合好的硅‑玻璃‑硅晶圆进行打孔，按照原子气室的尺寸设计晶圆上孔的数目、尺寸及间距，形成原子气室晶圆；将原子气室晶圆作为上层，取第二玻璃片晶圆作为下层，进行键合，形成微型腔体；将工作物质或者工作物质的混合物填充于所述微型腔体的原子气室内，形成未密封机构；将第三玻璃片晶圆与上述未密封机构进行键合，形成密封机构；将所述密封机构的每一个原子气室切割下来，制作微型场强探头。本发明的优点是：实现简单，不受微波场频率的限制。

说明书

技术领域

本发明属于微波场强探测技术领域，特别是一种用于微波场强探测的微型探头，制作方法及应用。

背景技术

基于原子、离子或分子等微观粒子的操控技术，以粒子内部结构及其与外界相互作用为基础的量子测量技术，测量精度极大的提升，测量系统更加稳定，应用场景广泛。基于原子、离子等的微波频标技术，测量精度已达到10-16量级，广泛应用于卫星导航、空间探测及通信网络等等。

随着量子技术的发展，NIST研究组率先提出了基于里德堡原子的量子场强探测技术，将碱原子蒸汽室作为微波电场探测的探头，通过微波与原子相互作用，将微波场强测量转化为对原子拉比频率的测量，测量频率范围宽、敏感度高、精度高，受外界环境干扰小，能够将微波场强直接溯源于国际标准单位，应用前景广泛，受到了众多研究关注。

作为微波场强的探头，是微波场与原子相互作用的媒介，也是实现微波场强测量的核心，决定了微波场探测的性能。传统的微型原子气室，采用玻璃、硅片、玻璃三层键合的方式形成微型腔室，然而，这种气室仅有上下表面透光，而在其他表面不能透光，不能够满足微波场强探测要求。另外，传统微波场强探测的天线体积大，且尺寸与所探测微波场频率的相关，尤其针对狭小空间的微波场强探测较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微波场强探测的微型探头，制作方法及应用，解决狭小空间微波场强难以探测的问题。

有鉴于此，本发明提供一种用于微波场强探测的微型探头的制作方法，其特征在于，包括：

步骤一、将第一玻璃片晶圆置于中间，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆分别置于所述第一玻璃片的上表面和下表面，键合形成硅-玻璃-硅晶圆；

步骤二、将键合好的硅-玻璃-硅晶圆进行打孔，按照原子气室的尺寸设计晶圆上孔的数目、尺寸及间距，形成原子气室晶圆；

步骤三、将上述原子气室晶圆作为上层，取第二玻璃片晶圆作为下层，将所述原子气室晶圆与所述第二玻璃片晶圆进行键合，形成微型腔体；

步骤四、将工作物质或者工作物质的混合物填充于所述微型腔体的原子气室内，形成未密封机构；

步骤五、将第三玻璃片晶圆与上述未密封机构进行键合，形成密封机构；

步骤六、通过划片，将所述密封机构的每一个原子气室切割下来，制作微型场强探头。

进一步地，所述键合形成硅-玻璃-硅晶圆，包括：采用阳极键合的方法，将第一玻璃片晶圆接地，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆接负电，在高温高压下完成三层阳极键合，将所述第一玻璃片晶圆、第一硅片晶圆与第二硅片晶圆键合在一起。

进一步地，将键合好的硅-玻璃-硅晶圆进行打孔采用激光打孔或者刻蚀的工艺。

进一步地，将所述原子气室晶圆与所述第二玻璃片晶圆进行键合，形成微型腔体，包括：采用阳极键合的方法，将第二玻璃片晶圆接负电，所述原子气室晶圆的第二硅片层接地，在高温高压下完成键合，形成微型腔体。

进一步地，将第三玻璃片晶圆与所述未密封机构进行键合，包括：采用阳极键合的方法，将第三玻璃片晶圆接负电，所述未密封机构的第一硅片层接地，在高温高压下完成键合。

进一步地，还包括：在所述第三玻璃片晶圆与所述未密封机构进行键合过程中，充入一定量的缓冲气体。

本发明的另一目的在于提供一种用于微波场强探测的微型探头，其特征在于：采用所述的制作方法进行制造。

本发明的还一目的在于提供一种用于微波场强探测的微型探头的应用，其特征在于：将采用所述的制作方法进行制造的微型探头进行微波场强探测，探测光通过左侧的玻璃照射入原子气室，耦合光通过右侧的玻璃照射入原子气室，微波通过上表面射入原子气室。

本发明实现了以下显著的有益效果：

实现简单，包括：将第一玻璃片晶圆置于中间，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆分别置于所述第一玻璃片的上表面和下表面，键合形成硅-玻璃-硅晶圆；将键合好的硅-玻璃-硅晶圆进行打孔，按照原子气室的尺寸设计晶圆上孔的数目、尺寸及间距，形成原子气室晶圆；将上述原子气室晶圆作为上层，取第二玻璃片晶圆作为下层，将所述原子气室晶圆与所述第二玻璃片晶圆进行键合，形成微型腔体；将工作物质或者工作物质的混合物填充于所述微型腔体的原子气室内，形成未密封机构；将第三玻璃片晶圆与上述未密封机构进行键合，形成密封机构；通过划片，将所述密封机构的每一个原子气室切割下来，制作微型场强探头。不受微波场频率的限制，可以研制体积小的原子蒸汽室，应用于狭小空间的微波场强探测，解决应用场景受限的难题。

附图说明

图1为本发明的用于微波场强探测的微型探头的结构示意图；

图2为本发明的用于微波场强探测的微型探头的分解状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。

虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元模块件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。

请参照图1至图2，本发明提供一种用于微波场强探测的微型探头的制作方法，包括：

步骤一、将第一玻璃片晶圆置于中间，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆分别置于所述第一玻璃片的上表面和下表面，键合形成硅-玻璃-硅晶圆；

步骤二、将键合好的硅-玻璃-硅晶圆进行打孔，按照原子气室的尺寸设计晶圆上孔的数目、尺寸及间距，形成原子气室晶圆；

步骤三、将上述原子气室晶圆作为上层，取第二玻璃片晶圆作为下层，将所述原子气室晶圆与所述第二玻璃片晶圆进行键合，形成微型腔体；

步骤四、将工作物质或者工作物质的混合物填充于所述微型腔体的原子气室内，形成未密封机构；

步骤五、将第三玻璃片晶圆与上述未密封机构进行键合，形成密封机构；

步骤六、通过划片，将所述密封机构的每一个原子气室切割下来，制作微型场强探头。

在一个实施例中，所述键合形成硅-玻璃-硅晶圆，包括：采用阳极键合的方法，将第一玻璃片晶圆接地，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆接负电，在高温高压下完成三层阳极键合，将所述第一玻璃片晶圆、第一硅片晶圆与第二硅片晶圆键合在一起。

在一个实施例中，将键合好的硅-玻璃-硅晶圆进行打孔采用激光打孔或者刻蚀的工艺。

在一个实施例中，将所述原子气室晶圆与所述第二玻璃片晶圆进行键合，形成微型腔体，包括：采用阳极键合的方法，将第二玻璃片晶圆接负电，所述原子气室晶圆的第二硅片层接地，在高温高压下完成键合，形成微型腔体。

在一个实施例中，将第三玻璃片晶圆与所述未密封机构进行键合，包括：采用阳极键合的方法，将第三玻璃片晶圆接负电，所述未密封机构的第一硅片层接地，在高温高压下完成键合。

在一个实施例中，还包括：在所述第三玻璃片晶圆与所述未密封机构进行键合过程中，充入一定量的缓冲气体。

本发明的另一目的在于提供一种用于微波场强探测的微型探头，采用所述的制作方法进行制造。

本发明的还一目的在于提供一种用于微波场强探测的微型探头的应用，其特征在于：将采用所述的制作方法进行制造的微型探头进行微波场强探测，探测光通过左侧的玻璃照射入原子气室，耦合光通过右侧的玻璃照射入原子气室，微波通过上表面射入原子气室。

作为具体的实施例，本发明所述微型量子场强探测的探头，将工作物质及缓冲气体密封于微型原子气室中，原子气室由玻璃1，硅片2，玻璃3，硅片4，玻璃5密封而成。所述玻璃3的厚片远远大于硅片2、4的厚度。原子气室的上下表面均为玻璃，具有良好的透光性，前后及左右侧也同样具有良好的透光性。探测光通过左侧的玻璃照射入原子气室，耦合光通过右侧的玻璃照射入原子气室，而微波通过上表面射入原子气室。

作为具体的实施例，所述微型场强探头制作方法为：

步骤一、将一层厚玻璃片3晶圆置于中间，两层薄硅片2、4晶圆分别置于玻璃片的上表面和下表面，采用阳极键合的方法，中间硅片3接地，上下玻璃片2、4接负电，在高温高压下完成三层阳极键合，将玻璃片2、4和硅片3键合在一起。

步骤二、将键合好的硅2-玻璃3-硅4晶圆，采用激光打孔或者刻蚀的方法，按照原子气室的尺寸设计晶圆上孔的数目、尺寸及间距等，在一片晶圆上制作多个通孔。

步骤三、将上述硅2-玻璃3-硅4晶圆，作为上层，再将一片玻璃片晶圆5作为下层，玻璃片5接负电，而硅4接地，完成硅4和玻璃片5的键合，形成微型腔体，此时微型腔体还未密封。

步骤四、将工作物质或者工作物质的混合物置于每个微型腔体内。

步骤五、将一片玻璃片1与上述填充了工作物质的硅2-玻璃3-硅4-玻璃片5进行键合，玻璃片1接负电，硅2接地，在键合过程中，充入一定量的缓冲气体，通过高温高压将玻璃片1和硅2键合在一起，最终将微型原子气室密封起来，形成密封的玻璃1-硅2-玻璃3-硅 4-玻璃片5的微型原子气室。

步骤六、通过划片，将每一个微型原子气室切割下来，制作了如图1所示的微型场强探头。

本发明实现了以下显著的有益效果：

实现简单，包括：将第一玻璃片晶圆置于中间，第一硅片晶圆与第二硅片晶圆分别置于所述第一玻璃片的上表面和下表面，键合形成硅-玻璃-硅晶圆；将键合好的硅-玻璃-硅晶圆进行打孔，按照原子气室的尺寸设计晶圆上孔的数目、尺寸及间距，形成原子气室晶圆；将上述原子气室晶圆作为上层，取第二玻璃片晶圆作为下层，将所述原子气室晶圆与所述第二玻璃片晶圆进行键合，形成微型腔体；将工作物质或者工作物质的混合物填充于所述微型腔体的原子气室内，形成未密封机构；将第三玻璃片晶圆与上述未密封机构进行键合，形成密封机构；通过划片，将所述密封机构的每一个原子气室切割下来，制作微型场强探头。不受微波场频率的限制，可以研制体积小的原子蒸汽室，应用于狭小空间的微波场强探测，解决应用场景受限的难题。

根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。