МЭМС-технологии: теория и практика

Mems alkali vapor cell encapsulation technologies for chip-scale atomic clock

[Технологии герметизации щелочной газовой МЭМС ячейки для миниатюрных атомных часов]

A. N. Kazakin^a, R. V. Kleimanov^a, A. V. Korshunov^a, Yu. D. Akulshin^a, A. V. Shashkin<sup>b

a</sup> Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
^b S. I. Vavilov State Optical Institute

Аннотация: Статья посвящена решению проблемы создания малогабаритных квантовых стандартов частоты для телекоммуникационных и навигационных систем при помощи методов МЭМС-технологий. Анализ существующих конструкций МЭМС атомных часов, работающих на эффекте когерентного пленения населенностей, показал, что наибольшее влияние на их метрологические характеристики оказывают условия проведения операции герметизации парощелочных атомных ячеек. Для повышения точности и долговременной стабильности МЭМС часов необходимо уменьшать температуру этой операции и применять материалы с низкой газопроницаемостью. Поэтому была проведена экспериментальная работа по поиску новых конструкционных материалов для атомной ячейки и разработаны две технологии низкотемпературной анодной термодиффузионной герметизации. Первая основана на применении прозрачной стеклокерамики СО-33М и позволяет проводить анодную герметизацию при температуре 150$^{\circ}$С. По этой технологии изготовлены прототипы МЭМС-ячеек с окнами из стеклокерамики и плавленого кварца. Вторая технология, основанная на анодном соединении стекла ЛК5 и кремния при 250$^{\circ}$С, использована для изготовления действующих образцов МЭМС-ячеек, заполненных парами изотопов рубидия-87 или цезия-133 и буферным газом неоном.

Ключевые слова: МЭМС, атомные часы, щелочная ячейка, анодная сварка, стекло, стеклокерамика, квантовый стандарт частоты.

УДК: 621.3

Поступила в редакцию: 08.06.2021

Язык публикации: английский

DOI: 10.18721/JCSTCS.14204