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微型原子钟铷腔的设计与封装研究

作　者: 赵信毅
导　师: 甘志银
学　校: 华中科技大学
专　业: 精微制造工程
关键词: 原子钟 MEMS阳极键合 真空封装 CPT
分类号: TH714.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


原子钟的发展已有60多年的历史。在此期间,人们对它的理论研究越来越深入,应用领域也越来越广泛。但是,原子钟的高精确度对工作环境的依赖性大,传统的原子钟必须要有复杂而精密的系统来维持,因此体积庞大,价格昂贵。寻求新的原理支撑,简化原子钟的结构,以微型化工艺推动原子钟更加广泛的应用成为一个重要的发展趋势。本文的研究工作就是在这种背景下得到了国家863计划支持而开展的。本论文在充分研究了原子钟的工作原理和微制造工艺的前提下,通过理论计算、有限元分析与实验等方法,对铷腔的封装结构和封装工艺进行了深入研究,并对铷封装专用设备进行了前期研制。本文主要从以下4个方面开展研究:首先是原子钟的基本理论:对铷原子结构,特别是超精细能级进行了深入的讨论,为铷腔的设计提供理论指导。其次是铷蒸气腔的设计及工艺:对铷腔的工作环境进行了深入研究,包括温度、磁场和缓冲气体;此外,对于硅腔体的MEMS制作工艺流程进行了研究,并对各种工艺进行了比较和分析。再次是铷腔的封装及工艺:采用阳极键合工艺,对封装过程中的温度、直流电压、和键合压力进行了大量试验,测试出了封装后腔体的漏率;对封装的新型工艺进行了研究。最后是铷封装专用设备的研究:分析了铷封装的特性,采用了模块化设计,集中对阳极键合的键合台和真空腔的真空度进行了详细的研究,并试制了部分样品。

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 计量仪器 > 时间计量仪器 > 基准（标准）计时仪器 > 原子钟
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