高集積化ＭＥＭＳ用３次元複合パッケージング技術の確立と原子磁気センサへの応用

高集成MEMS三维复合封装技术建立及其在原子磁传感器中的应用

• 批准号: 12J02407
• 负责人: 辻本 和也
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J02407/
• 关键词: アルカリ金属蒸気セル; アルカリ金属発生源; リークテスト; 原子磁気センサ; MEMS3次元パッケージング技術; MEMS; セル; 多孔質アルミナ

スピン偏極を利用して微弱磁場を測定する原子磁気センサ用のアルカリ金属蒸気セル(セル)を微細加工技術で実現するために, 高効率なアルカリ金属生成およびアルカリ金属を酸化させるアウトガスの低減に取り組んだ. 高効率なアルカリ金属生成に対して, 表面積の大きな微細構造を付与したタブレット状のアルミナまたはシリコン基材表面に, 300度程度でアルカリ金属を生成するアジ化バリウムと塩化カリウムの混合試薬を析出させた試料であるAMST (Alkali Metal Source Tablet)を提案した. さらに, AMSTの微細構造の表面積をパラメータとしたカリウム(K)の生成効率比較実験により, 表面積には最適値があること, 最適値は溶解度の異なる2種類の試薬の析出過程に起因する接触面積に依存することを明らかにした. アウトガスの低減に対して, セル構成部材の接合界面に形成したマイクロ流路を用いて雰囲気制御(アウトガス排気及びバッファガス導入)を行った後, ガラスフリットの加熱軟化によりマイクロ流路の気密封止を行う犠牲マイクロ流路気密封止技術を提案した. 雰囲気制御の観点から最適なマイクロ流路断面寸法を解析的に求め, 封止の観点から最適なマイクロ流路断面形状を数値解析により議論し, 犠牲マイクロ流路の設計指針を明らかにした. また, 高分解能ヘリウムリークテストを用いて, 犠牲マイクロ流路気密封止技術がセルに要求される気密性を実現出来ることを実証した. AMSTと犠牲マイクロ流路気密封止技術を用いてKセルを作製し, 吸光度測定によるKの蒸気密度評価から提案手法により高いアルカリ金属蒸気密度の長時間の維持が実現されることを実証した. 磁気ノイズは100Hzにおいて約50pT/Hz^<1/2>であり高感度磁気計測への応用可能性を示した.

为了实现利用微细加工技术利用自旋极化测量弱磁场的原子磁传感器的碱金属蒸气室（电池），我们的目标是实现高效的碱金属生成并减少高度氧化碱金属的排气。高效碱金属生成，我们开发了一种具有大表面积微结构的片状氧化铝或硅基材料。我们提出了 AMST（碱金属源片剂），它是用叠氮化钡和氯化钾的混合试剂沉淀的样品，在约 300 度时生成碱金属。此外，我们还提出了 AMST（碱金属源片剂），这是一种用叠氮化钡和氯化钾的混合试剂沉淀样品，在300度左右产生碱金属，通过对K)生产效率的对比实验发现，表面积存在一个最佳值，该最佳值取决于。两类溶解度不同的试剂在沉淀过程中产生的接触面积，使用在电池组件的接合界面处形成的微通道来控制气氛（排气和缓冲气体引入）后，通过加热和软化玻璃料来创建牺牲微通道以气密地密封微通道。从气氛控制的角度分析确定了微通道的最佳横截面尺寸，从密封的角度利用数值分析讨论了微通道的最佳横截面形状，并明确了牺牲微通道的设计准则。 ,通过高分辨率氦气泄漏测试，我们证明牺牲微通道密封技术可以实现电池所需的气密性，并且基于使用吸光度测量评估 K 蒸汽密度来制造 K 电池。 ，我们证明了所提出的方法可以长时间保持高碱金属蒸气密度。 100 Hz时磁噪声约为50 pT/Hz^<1/2>，表明应用于高灵敏度磁测量的可能性。

项目成果

On-chip fabrication of alkali-metal vapor cells utilizing an alkali-metal source tablet

利用碱金属源片片上制造碱金属蒸气电池

• DOI: 10.1088/0960-1317/23/11/115003
• 发表时间: 2013
• 作者: K. Tsujimoto; K. Ban; Y. Hirai; K. Sugano; T. Tsuchiya; N. Mizutani; O. Tabata
• 通讯作者: O. Tabata