CN104345032B - 用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构 - Google Patents

用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104345032B
CN104345032B CN201410347282.2A CN201410347282A CN104345032B CN 104345032 B CN104345032 B CN 104345032B CN 201410347282 A CN201410347282 A CN 201410347282A CN 104345032 B CN104345032 B CN 104345032B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
chip
steam chest
wafer
deposited
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410347282.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104345032A (zh
Inventor
R·伯尔萨
P·J·霍佩尔
W·弗伦奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of CN104345032A publication Critical patent/CN104345032A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104345032B publication Critical patent/CN104345032B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/08—Holders for targets or for other objects to be irradiated
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B17/00—Generation of oscillations using radiation source and detector, e.g. with interposed variable obturator
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/015—Transportable or portable shielded containers for storing radioactive sources, e.g. source carriers for irradiation units; Radioisotope containers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

本发明涉及用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构。一种设备包括具有由一个或更多个通道流体连接的多个腔的汽室。所述腔的至少一个经配置以接收能够分解成一种或更多种气体的第一材料，所述一种或更多种气体包含在汽室内。所述腔的至少一个经配置以接收能够吸收一种或更多种气体的至少一部分的第二材料。汽室可以包括经配置以接收第一材料的第一腔和通过至少一个第一通道流体连接到第一腔的第二腔，其中第二腔经配置以接收气体(一种或更多种)。汽室还可以包括通过至少一个第二通道流体连接到第一腔和第二腔中的至少一个的第三腔，其中第三腔经配置以接收第二材料。

Description

用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构
技术领域
本发明一般涉及气室(gas cell)。更具体地，本发明涉及用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室(vapor cell)结构。
背景技术
各种类型的装置使用气室内的放射气体或其它气体运转。例如，微细加工原子钟(MFAC)和微细加工原子磁力计(MFAM)通常包括含有金属蒸汽和缓冲气体的腔。在一些装置中，通过将叠氮化铯(CsN3)分解成铯蒸汽和氮气(N2)来生成金属蒸汽和缓冲气体。
发明内容
本公开提供一种用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构。
在第一实例中，一种设备包括具有通过一个或更多个通道流体连接的多个腔的汽室。所述腔的至少一个经配置以接收能够分解成一种或更多种气体的第一材料，所述一种或更多种气体包含在汽室内。所述腔的至少一个经配置以接收能够吸收一种或更多种气体的至少一部分的第二材料。
在第二实例中，一种系统包括汽室和照明源。汽室包括通过一个或更多个通道流体连接的多个腔。所述腔的至少一个经配置以接收能够分解成一种或更多种气体的第一材料，所述一种或更多种气体包含在汽室内。所述腔的至少一个经配置以接收能够吸收一种或更多种气体的至少一部分的第二材料。照明源经配置以引导辐射通过所述腔的至少一个。
在第三实例中，一种方法包括，在具有通过一个或更多个通道流体连接的多个腔的汽室中，将第一材料放置在所述腔的至少一个中以及将第二材料放置在所述腔的至少一个中。所述方法还包括将所述第一材料的至少一部分分解成包含在汽室内的一种或更多种气体。所述方法进一步包括使用第二材料吸收一种或更多种气体的至少一部分。
根据下面附图、说明和权利要求，本发明其它技术特征对于本领域的技术人员来说是明显的。
附图说明
为了更充分理解本发明及其特征，现在结合附图参照下面描述，其中：
图1到图6示出根据本公开的示例性多腔汽室结构和制造技术；
图7到图8示出根据本公开的包含至少一个多腔汽室结构的示例性装置；
图9示出根据本公开的用于形成多腔汽室结构的示例性方法。
具体实施方式
在本申请文件中，下面讨论的图1到图9和各种实例仅通过示例的方式用于描述本发明的原理，并不应该被解释为以任何方式限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可以以任何合适的方式实施，并且在任何类型的适当配置的装置或系统中实施。
图1到图6示出根据本公开的一种示例性多腔汽室结构和制造技术。多腔汽室结构能够用于，例如，接收基于碱金属的材料(诸如，叠氮化铯)以及允许将基于碱金属的材料分解成金属蒸汽和缓冲气体(诸如，铯蒸汽和氮气)。然而，这代表多腔汽室结构的一个示例性用途。在此描述的汽室结构可以以任何其它合适的方式使用。
如图1和2所示，多腔汽室结构包括底部晶片(wafer)102和中间晶片104。底部晶片102通常表示汽室结构的其它组件能够被放置在其上的结构。在装置(诸如，微细加工原子钟、磁力计或其它装置)运转期间，底部晶片102也基本上是光学透明的，以便辐射穿过汽室结构。底部晶片102能够由任何合适的材料(一种或更多种)并以任何合适的方式形成。底部晶片102可以，例如，由玻璃(诸如，PYREX(派热克斯玻璃)或BOROFLOAT玻璃)形成。
中间晶片104固定到底部晶片102，诸如通过粘接。中间晶片104包括通过中间晶片104的多个腔106-110。在汽室结构中，每个腔106-110可以用于不同目的。例如，腔106能够接收将被分解的材料，诸如，叠氮化铯(CsN3)或其它基于碱金属的材料。腔106能够被称为“容器腔(reservoir cavity)”。腔108能够接收来自腔106的气体，诸如金属蒸汽和缓冲气体。激光器照明或其它照明可以在装置(诸如，微细加工原子钟、磁力计或其它装置)运转期间穿过腔108。腔108能够被称为“审讯腔(interrogation cavity)”。腔110能够接收至少一种吸气剂材料，其能够用于吸收来自其它腔106-108中的气体或其它材料(一种或更多种)。腔110能够被称为“吸气剂腔”。
一个或更多个通道流体连接汽室结构中的每个相邻腔对。例如，至少一个通道112连接容器腔106和审讯腔108，并且至少一个通道114连接审讯腔108和吸气剂腔110。每个通道112-114表示气体或其它材料(一种或更多种)能够流动通过的任何合适的通路。
中间晶片104可以由任何合适的材料(一种或更多种)并以任何合适的方式形成。例如，中间晶片104可以表示硅晶片。可以使用一种或更多种湿式或干式蚀刻在硅晶片中形成腔106-110和通道112-114。每个腔106-110和通道112-114可以具有任何合适的大小、形状和尺寸。而且，图1到图6所示的腔106-110和通道112-114的相对大小仅是用于示例，并且每个腔106-110或通道112-114相对于其它腔或通道可以具有不同的大小。进一步，相比于腔106-110的深度(一个或更多个)，每个通道112-114的相对深度仅用于示例，并且每个腔106-110和通道112-114可以具有任何其它合适的深度。此外，尽管每个腔106-110被示为形成完全通过晶片104，但是每个腔106-110可以被形成部分通过晶片104。
如图3和图4所示，材料116沉积到容器腔106中。材料16可以表示用于生成用于汽室结构的一种或更多种气体的任何合适的材料或材料的组合。在一些实施例中，尽管材料116表示叠氮化铯，但是任何其它合适的材料(一种或更多种)可以用在汽室结构中。材料116可以以任何合适的方式沉积到容器腔106中。
如图5和图6所示，具有吸气剂材料120的顶部晶片118固定到中间晶片104，诸如，通过粘接。顶部晶片118通常表示覆盖中间晶片104的腔106-110和通道112-114的结构，从而有助于将材料(诸如气体)密封在汽室结构中。在装置(微细加工原子钟、磁力计和其它装置)运转期间，顶部晶片118也基本上是光学透明的，以便辐射穿过汽室结构。顶部晶片118能够由任何合适的材料(一种或更多种)并以任何合适的方式形成。顶部晶片118可以，例如，由硼硅玻璃(诸如，PYREX或BOROFLOAT玻璃)形成。
在此实例中，吸气剂材料120位于顶部晶片118上，以使其在晶片104和118固定在一起时被设置在吸气剂腔110内。吸气剂材料120能够用于吸收腔106-110内的材料。例如，吸气剂材料120可以吸收分解材料116时释放的缓冲气体的至少一部分。吸气剂材料120还能够用于吸收可以存在于腔106-110中的任何不期望的材料，诸如水蒸汽。吸气剂材料120表示用于吸收或以其他方式移除来自汽室结构的气体或其它材料的任何合适的材料，诸如锆基合金。在具体的实施例中，吸气剂材料120用于吸收来自汽室结构的氮气(N2)。
吸气剂材料120可以具有任何合适的大小、形状和尺寸。吸气剂材料120也可以以任何合适的方式形成。例如，吸气剂材料120可以被沉积为顶部晶片118上的薄膜，然后，被图形化并蚀刻为合适的形式。然而，吸气剂材料120可以直接沉积到吸气剂腔110中。吸气剂材料120也能够以任何合适的方式激活。在具体的实施例中，吸气剂材料120在与将中间晶片104粘接或以其他方式固定到顶部晶片118的相关的温度(诸如，300℃左右或更高)下激活。然而，注意，吸气剂材料也可以放置在底部晶片102上。
在这一点上，各种附加处理步骤可以发生以使汽腔结构可供使用。例如，汽腔结构通常，或者尤其是容器腔106能够暴露到紫外(UV)辐射以分解容器腔106中的材料116的至少部分。在一些实施例中，UV辐射能够用于将叠氮化铯分解成铯蒸汽和氮气(N2)。然而，注意，其它机制可用于启动分解，诸如热分解。
材料116的分解在容器腔106内生成气体，其能够通过通道112流动到审讯腔108，并通过通道114流到吸气剂腔110。一些气体能够由吸气剂腔110中的激活的吸气剂材料120吸收。激活的吸气剂材料120能够根据，例如，吸气剂材料120的面积和厚度，吸收任何合适的气体量。
在常规装置中，材料常常在单个腔中分解，并且生成的气体保持在相同的腔中。虽然在装置运转期间，单个腔中的气体能够穿过辐射，但是来自原始材料的残留仍然会存在那个单个腔中。残留能够干扰腔的光学性质并导致装置故障。
根据本公开，材料116能够放置在一个腔106中并被分解，并且生成的气体能够在装置运转期间用于不同的腔108。即使腔106中存在残留，也不会干扰腔108的光学性质。而且，审讯腔108中的金属蒸汽和缓冲气体的量或组分能够被精确控制。这是因为材料116分解成金属蒸汽和缓冲气体通常以已知比例发生，并且是可控的，诸如基于所选UV剂量。作为一个具体的实例，叠氮化铯分解成已知比例的铯蒸汽和氮气，并且每一种的量能够通过控制UV暴露而控制。另外，吸气剂材料120能够基于各种因素如其尺寸吸收已知量的气体(诸如氮气)。通过控制UV剂量和吸气剂材料120的尺寸，制造商能够精确控制审讯腔108中生成的气体含量。
这允许控制汽室结构的光学性质，允许在以这种方式制造的各种汽室结构中，获得准确、可靠和可再生的运转。另外，不同的应用(诸如，微细加工原子钟和微细加工原子磁力计)在审讯腔108中通常需要不同量的金属蒸汽和缓冲气体。这种方法允许汽室结构容易地定制用于具体应用。总的来说，这种方法提供一种制造用于各种应用的具有精确光学性质的汽室的可靠技术。这种方法也增加了汽室的可靠性和性能，例如，因为吸气剂材料120吸收汽室中存在的不想要的气体和其它材料。
根据实施方式，汽室结构可以包括任何数量的附加特征。例如，顶部晶片118的一部分122(图6中轮廓线所示)可以比顶部晶片118的剩余部分更薄。这可以有助于促进材料116更容易受到UV照射。注意，汽室结构中的任何晶片102、104和118可以在晶片(一个或更多个)的任何期望的区域(一个或更多个)处具有不均匀的厚度。而且，注意顶部晶片118的部分122可以具有任何合适的大小、形状和尺寸并且可以比容器腔106更大或更小。顶部晶片118的部分122可以以任何合适的方式(诸如，利用湿式蛤同性蚀刻)变薄。
虽然图1到图6示出多腔汽室结构和制造技术的一个实例，但是可以对图1到图6做出各种改变。例如，汽室结构不必要包括三个腔且可以包括两个腔或超过三个腔。作为一个具体的实例，腔106和110可以组合成单个腔，其接收材料116和吸气剂材料120。而且，在此示出的制造技术仅用于示例，并且其它或附加的运转可以用于制造汽室结构。进一步，腔106-110不必要线性配置，并且通道112-114不必要是直的。另外，审讯腔108不必要位于容器腔106和吸气剂腔110之间。可以使用由通道连接的腔的任何配置，包括非线性配置和多层配置。此外，汽室结构可以与任何其它材料(一种或更多种)116和吸气剂材料(一种或更多种)120连用，并且不限于基于碱金属的材料或金属蒸汽和缓冲气体。
图7和8示出根据本公开的包含至少一个多腔汽室结构的示例性装置。如图7所示，装置700表示微细加工原子钟或其它原子装置。此处的装置700包括一个或更多个照明源702和汽室704。每个照明源702包括用于产生辐射的任何合适的结构，所述辐射被引导通过汽室704。每个照明源702可以，例如，包括激光器或照射器。
汽室704表示多腔汽室结构，诸如上述汽室结构。来自照明源(一个或更多个)702的辐射穿过汽室704的审讯腔108并与金属蒸汽相互作用。辐射还能够与一个或更多个光电探测器相互作用，所述光电探测器测量穿过审讯腔108的辐射。例如，光电探测器能够测量来自一个或更多个激光器或照射器的辐射。
来自光电探测器的信号被提供给时钟发生电路706，其使用该信号产生时钟信号。当金属蒸汽是，例如，铷87或铯133时，时钟发生电路706产生的信号可以表示高精确度时钟。来自光电探测器的信号也被提供给控制器708，其控制照明源(一个或更多个)702的运转。控制器708有助于保证原子钟的闭环稳定。
如图8所示，装置800表示微细加工原子磁力计或其它原子磁力计。此处的装置800包括一个或更多个照明源802和汽室804。每个照明源802包括用于产生辐射的任何合适的结构，所述辐射被引导通过汽室804。每个照明源802可以，例如，包括激光器或照射器。
汽室804表示多腔汽室结构，诸如，上述汽室结构。来自照明源(一个或更多个)802的辐射能够穿过汽室804的审讯腔108并与金属蒸汽相互作用。辐射也能够与一个或更多个光电探测器相互作用，所述光电探测器测量穿过审讯腔108的辐射。例如，光电探测器(一个或更多个)能够测量来自一个或更多个激光器或照射器的辐射。
来自光电探测器(一个或更多个)的信号被提供给磁场计算器806，其使用该信号测量穿过审讯腔108的磁场。此处的磁场计算器806能够测量极小的磁场。来自光电探测器(一个或更多个)的信号也能够被提供给控制器808，其控制照明源(一个或更多个)802的运转。
虽然图7和图8示出包含至少一个多腔汽室结构的示例性装置700和800，但是可以对图7和图8进行各种改变。例如，图7和图8所示的装置700和800已被简化以示出如上所述汽室结构的示例性使用。原子钟和原子磁力计能够具有其复杂性随一个或更多个汽室结构而变化的各种其它设计。
图9示出根据本公开的用于形成多腔汽室结构的示例性方法900。如图9所示，在步骤902处，在汽室结构的中间晶片中形成多个腔。这可以包括，例如，在硅晶片或其它中间晶片104中形成腔106-110。任何合适的技术(诸如，湿式或干式蚀刻)可以用于形成腔。在步骤904处，在汽室结构的中间晶片中形成通道。这可以包括，例如，在硅晶片或其它中间晶片104中形成通道112-114。可以使用任何合适的技术(诸如，湿式或干式蚀刻)形成通道。腔和通道的形成也可以重叠，诸如，当使用相同的蚀刻形成腔106-110和通道112-114时。
在步骤906处，中间晶片固定到下部晶片。这可以包括，例如，将中间晶片104粘接到底部晶片102。如果腔106-110被形成完全通过中间晶片104，则将中间晶片104固定到底部晶片102能够密封腔106-110的下部开口。
在步骤908处，将要分解的第一材料沉积其中一个腔中。这可以包括，例如，将材料116沉积在容器腔106中。任何合适的沉积技术可以用于沉积任何合适的材料(一种或更多种)116，诸如，基于碱金属的材料。
在步骤910处，第二材料在汽室结构的顶部晶片上形成。这可以包括，例如，在顶部晶片118上形成吸气剂材料120的薄膜，然后图形化并蚀刻所述薄膜。吸气剂材料120能够在适于插入到中间晶片104的吸气剂腔110的位置中设置在顶部晶片118上。
在步骤912处，顶部晶片固定到中间晶片。这可以包括，例如，将顶部晶片118粘接到中间晶片104。将顶部晶片118固定到中间晶片104能够密封腔106-110的上部开口。在这一点上，第二材料位于吸气剂腔110内。在914处激活第二材料。这可以包括，例如，施加至少约300℃的热到吸气剂材料120。在一些实施例中，可以在将顶部晶片118固定到中间晶片104的步骤912期间产生热。
在步骤916处，第一材料分解以生成金属蒸汽和缓冲气体。这可以包括，例如，通过底部晶片102或顶部晶片118将UV辐射施加到材料116。这还可以包括将材料116的至少一部分转换成金属蒸汽和缓冲气体。然而，注意，也可以使用其它分解技术。
在步骤918处，使用第二材料吸收汽室结构中的缓冲气体、不期望的材料(一种或更多种)或其它材料(一种或更多种)中的至少一部分。这可以包括，例如，使用吸气剂材料120吸收至少一些缓冲气体、水蒸汽或其它材料(一种或更多种)。
以这种方式，能够精确控制汽室结构的审讯腔108中的金属蒸汽和缓冲气体的量。因此，能够制造适于具体应用的具有具体光学性质的汽室结构。另外，使用这种技术能够制造多汽室结构，并且每个汽室结构能够具有适于每个具体应用的光学性质。
虽然图9示出用于形成多腔汽室结构的方法900的一个示例，但是可以对图9进行各种改变。例如，如上面所提到的，能够对制造工艺进行各种修改。而且，尽管示出一系列步骤，但图9中的各种步骤可以重叠、并行发生或以不同的顺序发生。
阐述整个申请文件使用的某些词语或短语可能是有益的。术语“顶部”、“中间”和“底部”是指图中的相对位置中的结构，并不是指对装置如何在其上制造或使用进行结构限制。术语“固定”及其衍生词是指附接，经由另一个结构或直接或间接附接。术语“包括”和“包含”及其衍生词是指包括但不限于。术语“或”是包括的，意思是或/和。短语“与...关联”及其衍生词可以指包括、被包含在、与...互连、包含、被包含在、连接到或与...连接、耦合到或与...耦合、可与...通信、与...协作、交错、并列、邻近于、粘接到或与...粘接、具有、具有...属性、具有...关系等等。短语“至少一个”，当与项目列表连用时，意思是可以使用所列项目的一个或更多个的不同组合，并且可以只需要列表中的一个项目。例如，“A、B和C中的至少一个”包括任意下列组合：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。
尽管本公开已经描述了某些实施例及其相关方法，但是这些实施例和方法的修改和转换对于本领域的技术人员来说是明显的。因此，示例性实施例的上面描述不限定或约束本公开。在不脱离如下权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，其它变化、替换和修改也是可能的。

Claims (39)

1.一种设备，所述设备包括：
汽室，所述汽室包括：
第一腔，其经配置以接收第一材料；
第二腔，其通过第一通道流体连接到所述第一腔，所述第二腔经配置以接收所述第一材料分解的一种或更多种气体并且允许辐射穿过所述第二腔；和
第三腔，其通过第二通道流体连接到所述第一腔或所述第二腔中的一个，所述第三腔经配置以接收第二材料用于吸收所述第一材料分解的所述一种或更多种气体的一部分。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述汽室包括：
第一晶片，其限定所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔以及所述第一通道和所述第二通道。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述汽室包括：
第二晶片，其固定到所述第一晶片，所述第二晶片密封所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔以及所述第一通道和所述第二通道的端部。
4.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述汽室包括固定到所述第一晶片的第二晶片，
所述第二晶片在邻近所述第一腔的位置处比所述第一晶片薄。
5.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述第一材料包括基于碱金属的材料，所述基于碱金属的材料能够分解成金属蒸汽和缓冲气体；并且
所述第二材料包括吸气剂材料，所述吸气剂材料能够吸收所述缓冲气体的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的设备，其中：
所述第一材料包括叠氮化铯，即CsN3，所述叠氮化铯能够分解成铯蒸汽和氮气即N2；并且
所述第二材料包括锆基合金。
7.一种系统，所述系统包括：
汽室，其包括：
第一腔，其经配置以接收第一材料；
第二腔，其通过第一通道流体连接到所述第一腔，所述第二腔经配置以接收所述第一材料分解的一种或更多种气体并且允许辐射穿过所述第二腔；和
第三腔，其通过第二通道流体连接到所述第一腔或所述第二腔中的一个，所述第三腔经配置以接收第二材料用于吸收所述第一材料分解的所述一种或更多种气体的一部分；和
照明源，其经配置以引导辐射通过所述第一腔、所述第二腔或所述第三腔中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述汽室包括：
第一晶片，其限定所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔以及所述第一通道和所述第二通道。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述汽室包括：
第二晶片，其固定到所述第一晶片，所述第二晶片密封所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔以及所述第一通道和所述第二通道的端部。
10.根据权利要求8所述的系统，其中：
所述汽室包括固定到所述第一晶片的第二晶片，
所述第二晶片在邻近所述第一腔的位置处比所述第一晶片薄。
11.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：
时钟发生电路，其经配置以基于被引导通过所述第二腔的所述辐射而产生时钟信号。
12.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：
磁场计算器，其经配置以基于被引导通过所述第二腔的所述辐射而确定穿过所述汽室的磁场的测量值。
13.一种在汽室中使用的方法，所述汽室具有通过一个或更多个通道流体连接的多个腔，所述方法包括：
在密封第一晶片的第一腔之前，将第一材料放置在所述第一腔中；
将包括吸气剂材料的第二材料放置在第二晶片上；
在激活所述吸气剂材料的温度下将所述第二晶片固定到所述第一晶片，以部分地密封所述第一腔；
将所述第一材料的一部分分解成包含在所述汽室内的一种或更多种气体；以及
使用所述第二材料吸收所述一种或更多种气体的一部分。
14.一种汽室，其包括：
第一晶片；
第二晶片，其邻近所述第一晶片设置，所述第二晶片限定第一开口、不依赖所述第一开口的第二开口和不依赖所述第一开口和所述第二开口的第三开口；以及
第三晶片，其与所述第二晶片和所述第一晶片经设置以包括：
第一腔，其与所述第一开口重叠；
第二腔，其与所述第二开口重叠并且与所述第一腔流体连接；以及
第三腔，其与所述第三开口重叠并且与所述第二腔流体连接。
15.根据权利要求14所述的汽室，进一步包括：
可分解材料，其沉积在所述第一腔内，启用所述可分解材料以分解将传递到所述第二腔的气体。
16.根据权利要求15所述的汽室，其中所述可分解材料沉积在所述第一晶片上并且面对所述第一腔。
17.根据权利要求14所述的汽室，进一步包括：
吸气剂材料，其沉积在所述第三腔内，所述吸气剂材料被配置为吸收传递到所述第二腔的气体。
18.根据权利要求17所述的汽室，其中所述吸气剂材料沉积在所述第三晶片上并且面对所述第三腔。
19.根据权利要求14所述的汽室，其中所述第二晶片设置在所述第一晶片和所述第三晶片之间并且被固定到所述第一晶片和所述第三晶片。
20.根据权利要求14所述的汽室，其中所述第一晶片对于紫外线辐射是透明的。
21.根据权利要求14所述的汽室，进一步包括：
第一通道，其限定在所述第二晶片内，所述第一通道流体连接所述第一腔和所述第二腔；以及
第二通道，其限定在所述第二晶片内，所述第二通道流体连接所述第二腔和所述第三腔。
22.一种汽室，其包括：
第一晶片；
第二晶片，其邻近所述第一晶片设置，所述第二晶片限定第一开口和不依赖所述第一开口的第二开口；以及
第三晶片，其与所述第二晶片和所述第一晶片经设置以包括：
第一腔，其与所述第一开口重叠；以及
第二腔，其与所述第二开口重叠并且与所述第一腔流体连接。
23.根据权利要求22所述的汽室，进一步包括
可分解材料，其沉积在所述第一腔内，启用所述可分解材料以分解将传递到所述第二腔的气体。
24.根据权利要求23所述的汽室，其中所述可分解材料沉积在所述第一晶片上并且面对所述第一腔。
25.根据权利要求22所述的汽室，进一步包括：
吸气剂材料，其沉积在所述第二腔内，所述吸气剂材料被配置为吸收从所述第一腔接收的气体。
26.根据权利要求25所述的汽室，其中所述吸气剂材料沉积在所述第三晶片上并且面对所述第二腔。
27.根据权利要求22所述的汽室，其中所述第二晶片设置在所述第一晶片和所述第三晶片之间并且固定到所述第一晶片和所述第三晶片。
28.根据权利要求22所述的汽室，其中所述第一晶片对于紫外线辐射是透明的。
29.根据权利要求22所述的汽室，进一步包括：
通道，其限定在所述第二晶片内，所述通道流体连接所述第一腔和所述第二腔。
30.一种系统，其包括：
第一晶片；
第二晶片，其邻近所述第一晶片设置，所述第二晶片限定第一开口和不依赖所述第一开口的第二开口；
第三晶片，其与所述第二晶片和所述第一晶片经设置以包括：
第一腔，其与所述第一开口重叠；以及
第二腔，其与所述第二开口重叠并且与所述第一腔流体连接；以及
照明源，其经配置以引导辐射到所述第一腔或所述第二腔中的一个。
31.根据权利要求30所述的系统，进一步包括：
可分解材料，其沉积在所述第一腔内，启用所述可分解材料以分解将传递到所述第二腔的气体。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述可分解材料沉积在所述第一晶片上并且面对所述第一腔。
33.根据权利要求30所述的系统，进一步包括：
吸气剂材料，其沉积在所述第二腔内，所述吸气剂材料被配置为吸收从所述第一腔接收的气体。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述吸气剂材料沉积在所述第三晶片上并且面对所述第二腔。
35.根据权利要求30所述的系统，其中所述第二晶片设置在所述第一晶片和所述第三晶片之间并且固定到所述第一晶片和所述第三晶片。
36.根据权利要求30所述的系统，其中所述第一晶片对于紫外线辐射是透明的。
37.根据权利要求30所述的系统，进一步包括：
通道，其限定在所述第二晶片内，所述通道流体连接所述第一腔和所述第二腔。
38.根据权利要求30所述的系统，进一步包括：
光电检测器，其经配置以测量通过所述第二腔的辐射；以及
时钟发生电路，其耦合到所述光电检测器，所述时钟发生电路经配置以基于测量的辐射生成时钟信号。
39.根据权利要求30所述的系统，进一步包括：
光电检测器，其经配置以检测通过所述第二腔的辐射；以及
磁场计算器，其耦合到所述光电检测器，所述磁场计算器经配置以基于检测的辐射生成磁场测量值。
CN201410347282.2A 2013-07-23 2014-07-21 用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构 Active CN104345032B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/949,018 US9169974B2 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Multiple-cavity vapor cell structure for micro-fabricated atomic clocks, magnetometers, and other devices
US13/949,018 2013-07-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104345032A CN104345032A (zh) 2015-02-11
CN104345032B true CN104345032B (zh) 2019-04-19

Family

ID=52389568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410347282.2A Active CN104345032B (zh) 2013-07-23 2014-07-21 用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构

Country Status (2)

Country Link
US (2) US9169974B2 (zh)
CN (1) CN104345032B (zh)

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015118962A (ja) * 2013-12-16 2015-06-25 セイコーエプソン株式会社 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP6484922B2 (ja) * 2014-03-20 2019-03-20 セイコーエプソン株式会社 原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器
WO2015187669A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-10 Twinleaf Llc Circuit board integrated atomic magnetometer and gyroscope
JP6511734B2 (ja) * 2014-06-03 2019-05-15 セイコーエプソン株式会社 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、および電子機器
JP6572528B2 (ja) * 2014-10-14 2019-09-11 セイコーエプソン株式会社 原子セルの製造方法
US10145909B2 (en) * 2014-11-17 2018-12-04 Seiko Epson Corporation Magnetism measuring device, gas cell, manufacturing method of magnetism measuring device, and manufacturing method of gas cell
US9639062B2 (en) 2015-03-30 2017-05-02 Texas Instruments Incorporated Vapor cell and method for making same
US9529334B2 (en) 2015-03-31 2016-12-27 Texas Instruments Incorporated Rotational transition based clock, rotational spectroscopy cell, and method of making same
JP6672615B2 (ja) * 2015-05-28 2020-03-25 セイコーエプソン株式会社 電子デバイス、量子干渉装置、原子発振器および電子機器
FR3038892B1 (fr) * 2015-07-16 2017-08-11 Centre Nat Rech Scient Cellule a gaz pour un capteur atomique et procede de remplissage d'une cellule a gaz
US10295488B2 (en) * 2016-01-11 2019-05-21 Texas Instruments Incorporated Sensor fluid reservoirs for microfabricated sensor cells
US10374621B2 (en) * 2016-12-01 2019-08-06 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus to reduce the leakage rate of a hermetic cavity
US11193990B2 (en) * 2017-04-19 2021-12-07 Texas Instruments Incorporated Integrated microfabricated alkali vapor cell sensor with reduced heading error
US10718661B2 (en) * 2017-06-14 2020-07-21 Texas Instruments Incorporated Integrated microfabricated vapor cell sensor with transparent body having two intersecting signal paths
US10364144B2 (en) 2017-11-17 2019-07-30 Texas Instruments Incorporated Hermetically sealed package for mm-wave molecular spectroscopy cell
CN108002343B (zh) * 2017-11-30 2020-06-30 北京大学 一种复眼式堆叠密集型多泡结构的原子气室及其制备方法
CN107908096B (zh) * 2017-12-13 2019-05-07 北京大学 具有复眼式堆叠密集型多泡结构原子气室的铷原子钟
US10370760B2 (en) 2017-12-15 2019-08-06 Texas Instruments Incorporated Methods for gas generation in a sealed gas cell cavity
US10976386B2 (en) 2018-07-17 2021-04-13 Hi Llc Magnetic field measurement system and method of using variable dynamic range optical magnetometers
US11136647B2 (en) 2018-08-17 2021-10-05 Hi Llc Dispensing of alkali metals mediated by zero oxidation state gold surfaces
WO2020036666A1 (en) 2018-08-17 2020-02-20 Hi Llc Optically pumped magnetometer
US10983177B2 (en) 2018-08-20 2021-04-20 Hi Llc Magnetic field shaping components for magnetic field measurement systems and methods for making and using
US10627460B2 (en) 2018-08-28 2020-04-21 Hi Llc Systems and methods including multi-mode operation of optically pumped magnetometer(s)
WO2020060652A1 (en) 2018-09-18 2020-03-26 Hi Llc Dynamic magnetic shielding and beamforming using ferrofluid for compact magnetoencephalography (meg)
US11370941B2 (en) 2018-10-19 2022-06-28 Hi Llc Methods and systems using molecular glue for covalent bonding of solid substrates
US11105681B2 (en) * 2018-11-28 2021-08-31 Texas Instruments Incorporated Spectroscopy cavity with digital activation of millimeter wave molecular headspace
US11307268B2 (en) 2018-12-18 2022-04-19 Hi Llc Covalently-bound anti-relaxation surface coatings and application in magnetometers
US11294008B2 (en) 2019-01-25 2022-04-05 Hi Llc Magnetic field measurement system with amplitude-selective magnetic shield
WO2020167450A1 (en) 2019-02-12 2020-08-20 Hi Llc Neural feedback loop filters for enhanced dynamic range magnetoencephalography (meg) systems and methods
US11360164B2 (en) 2019-03-29 2022-06-14 Hi Llc Integrated magnetometer arrays for magnetoencephalography (MEG) detection systems and methods
JP2020167591A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 セイコーエプソン株式会社 原子発振器および周波数信号生成システム
US11269027B2 (en) 2019-04-23 2022-03-08 Hi Llc Compact optically pumped magnetometers with pump and probe configuration and systems and methods
US11131724B2 (en) 2019-05-03 2021-09-28 Hi Llc Systems and methods for measuring current output by a photodetector of a wearable sensor unit that includes one or more magnetometers
US11839474B2 (en) 2019-05-31 2023-12-12 Hi Llc Magnetoencephalography (MEG) phantoms for simulating neural activity
US11131729B2 (en) 2019-06-21 2021-09-28 Hi Llc Systems and methods with angled input beams for an optically pumped magnetometer
US11415641B2 (en) 2019-07-12 2022-08-16 Hi Llc Detachable arrangement for on-scalp magnetoencephalography (MEG) calibration
US10996293B2 (en) 2019-08-06 2021-05-04 Hi Llc Systems and methods having an optical magnetometer array with beam splitters
WO2021045953A1 (en) 2019-09-03 2021-03-11 Hi Llc Methods and systems for fast field zeroing for magnetoencephalography (meg)
US10859981B1 (en) 2019-10-21 2020-12-08 Quantum Valley Ideas Laboratories Vapor cells having one or more optical windows bonded to a dielectric body
US10605840B1 (en) * 2019-10-21 2020-03-31 Quantum Valley Ideas Laboratories Vapor cells having reduced scattering cross-sections and their methods of manufacture
US11474129B2 (en) 2019-11-08 2022-10-18 Hi Llc Methods and systems for homogenous optically-pumped vapor cell array assembly from discrete vapor cells
US11112298B2 (en) 2019-11-27 2021-09-07 Quantum Valley Ideas Laboratories Vapor cells for imaging of electromagnetic fields
US11054453B2 (en) 2019-11-27 2021-07-06 Quantum Valley Ideas Laboratories Photonic-crystal vapor cells for imaging of electromagnetic fields
US11899406B2 (en) * 2020-01-07 2024-02-13 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Devices, systems, and methods for fabricating alkali vapor cells
US11872042B2 (en) 2020-02-12 2024-01-16 Hi Llc Self-calibration of flux gate offset and gain drift to improve measurement accuracy of magnetic fields from the brain using a wearable neural detection system
US11604236B2 (en) 2020-02-12 2023-03-14 Hi Llc Optimal methods to feedback control and estimate magnetic fields to enable a neural detection system to measure magnetic fields from the brain
US11980466B2 (en) 2020-02-12 2024-05-14 Hi Llc Nested and parallel feedback control loops for ultra-fine measurements of magnetic fields from the brain using a neural detection system
US11801003B2 (en) 2020-02-12 2023-10-31 Hi Llc Estimating the magnetic field at distances from direct measurements to enable fine sensors to measure the magnetic field from the brain using a neural detection system
US11977134B2 (en) 2020-02-24 2024-05-07 Hi Llc Mitigation of an effect of capacitively coupled current while driving a sensor component over an unshielded twisted pair wire configuration
US11779250B2 (en) 2020-05-28 2023-10-10 Hi Llc Systems and methods for recording biomagnetic fields of the human heart
US11428756B2 (en) 2020-05-28 2022-08-30 Hi Llc Magnetic field measurement or recording systems with validation using optical tracking data
US11766217B2 (en) 2020-05-28 2023-09-26 Hi Llc Systems and methods for multimodal pose and motion tracking for magnetic field measurement or recording systems
WO2021242680A1 (en) 2020-05-28 2021-12-02 Hi Llc Systems and methods for recording neural activity
EP4243225A1 (en) * 2020-11-06 2023-09-13 Kyoto University Metal gas-sealed cell and method for manufacturing same
US11604237B2 (en) 2021-01-08 2023-03-14 Hi Llc Devices, systems, and methods with optical pumping magnetometers for three-axis magnetic field sensing
US11803018B2 (en) 2021-01-12 2023-10-31 Hi Llc Devices, systems, and methods with a piezoelectric-driven light intensity modulator
US11313926B1 (en) * 2021-04-13 2022-04-26 Quantum Valley Ideas Laboratories Interlockable vapor cells
US11600581B2 (en) 2021-04-15 2023-03-07 Texas Instruments Incorporated Packaged electronic device and multilevel lead frame coupler

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619807A (en) * 1969-03-24 1971-11-09 Thomson Csf Maser oscillator having two connected gas cells with differently oriented magnetic fields
US5657340A (en) * 1996-04-19 1997-08-12 The Aerospace Corporation Rubidium atomic clock with fluorescence optical pumping and method using same
CN102259825A (zh) * 2011-06-17 2011-11-30 清华大学 一种mems原子蒸气腔室的制备方法及原子蒸气腔室
CN102515083A (zh) * 2011-12-30 2012-06-27 东南大学 有光入射平面的微型原子腔、微型原子钟芯片及制备方法
CN102970035A (zh) * 2011-07-13 2013-03-13 株式会社理光 原子振荡器和用于制造原子振荡器的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5039943A (en) 1990-05-08 1991-08-13 Iowa State University Research Foundation, Inc. Magnetostrictive magnetometer
US6472869B1 (en) 2001-06-18 2002-10-29 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Diode laser-pumped magnetometer
US7098744B2 (en) * 2002-12-18 2006-08-29 Hrl Laboratories, Llc Method and apparatus for generating two frequencies having a frequency separation equal to the atomic frequency of an atomic species
JP5178187B2 (ja) 2007-12-28 2013-04-10 キヤノン株式会社 原子磁気センサ、及び磁気センシング方法
JP5821439B2 (ja) * 2011-02-16 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 ガスセルの製造方法
WO2012116427A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-07 National Research Council Of Canada Frequency stabilization of an atomic clock against variations of the c-field
WO2012142654A1 (en) 2011-04-18 2012-10-26 The University Of Queensland Magnetometer
US8906470B2 (en) 2011-05-26 2014-12-09 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA—Recherche et Developpment Method for producing a microfabricated atomic vapor cell
US9201124B2 (en) 2011-07-14 2015-12-01 National Semiconductor Corporation Die-sized atomic magnetometer and method of forming the magnetometer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619807A (en) * 1969-03-24 1971-11-09 Thomson Csf Maser oscillator having two connected gas cells with differently oriented magnetic fields
US5657340A (en) * 1996-04-19 1997-08-12 The Aerospace Corporation Rubidium atomic clock with fluorescence optical pumping and method using same
CN102259825A (zh) * 2011-06-17 2011-11-30 清华大学 一种mems原子蒸气腔室的制备方法及原子蒸气腔室
CN102970035A (zh) * 2011-07-13 2013-03-13 株式会社理光 原子振荡器和用于制造原子振荡器的方法
CN102515083A (zh) * 2011-12-30 2012-06-27 东南大学 有光入射平面的微型原子腔、微型原子钟芯片及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9601225B2 (en) 2017-03-21
CN104345032A (zh) 2015-02-11
US20160012930A1 (en) 2016-01-14
US9169974B2 (en) 2015-10-27
US20150027908A1 (en) 2015-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104345032B (zh) 用于微细加工原子钟、磁力计和其它装置的多腔汽室结构
US10024929B2 (en) Vapor cell structure having cavities connected by channels for micro-fabricated atomic clocks, magnetometers, and other devices
US9429918B2 (en) Atomic clocks and magnetometers with vapor cells having condensation sites in fluid communication with a cavity to hold a vapor condensation away from an optical path
US20150378316A1 (en) Microfabricated atomic clocks (mfac) & magnetometers (mfam): high sensitivity vapor cell structure with internal condensation site
JP5961998B2 (ja) 原子発振器の製造方法
JP6572528B2 (ja) 原子セルの製造方法
CN104330590A (zh) 具有光学透明窗格和外部楔的原子传感器物理封装
JP6476751B2 (ja) 原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器
US20160308543A1 (en) Atom cell, method of manufacturing atom cell, quantum interference device, atomic oscillator, electronic apparatus, and moving object
Douahi et al. Vapour microcell for chip scale atomic frequency standard
US20190360975A1 (en) Photoacoustic gas sensor and method for operating a photoacoustic gas sensor
US20160169989A1 (en) Magnetic field measuring apparatus
JP6217261B2 (ja) 原子セルの製造方法
JP6565307B2 (ja) 原子セル、量子干渉装置、原子発振器、および電子機器
US20160023401A1 (en) Gas cell sealing method
US9454135B2 (en) Manufactureable long cell with enhanced sensitivity and good mechanical strength
JP2016015363A (ja) 量子干渉装置、原子発振器
JP2017098373A (ja) ガスセル、ガスセルの製造方法、及び原子発振器
JP6447678B2 (ja) 原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器および電子機器
US9864340B2 (en) Caesium atomic micro-clock microcell buffer gas mixture
JP2016213241A (ja) アルカリ金属セル及び原子発振器
JP6488599B2 (ja) 量子干渉装置、原子セルの製造方法および電子機器
JP2016092465A (ja) 原子セルの製造方法、原子セル、量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP6303604B2 (ja) アルカリ金属セルの製造方法
CN103227116A (zh) 透光壳体及其制造方法与应用其的光学组件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant