论文题目: MEMS原子钟理论、设计及Cs/Rb气体盒气密性封装研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 刘玉菲
导师: 吴亚明
关键词: 芯片级原子钟,低温键合,气密性封装,苯并环丁烯,渗流模型
文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 原子钟自1949年出现以来，一直沿着高精度和微型化两个方向高速的发展。微型原子钟在通信、交通、电力、金融、军事国防、航空、航天以及基准物理量的测量等领域有着广泛的应用前景和应用需求。微型芯片级原子钟的广泛应用将会产生深远的甚至革命性的影响，将会带来良好的社会效益和经济效益。由于其广泛的应用领域和使用价值，芯片级原子钟的研究成为近年来各国科学技术研究的一个热点课题。芯片级原子钟是量子力学、波谱学、高频电路技术、MEMS技术、激光稳频技术等学科交叉的产物，是一个系统级的科研课题。 本论文围绕芯片级原子钟的理论、设计及气体腔的低温气密性封装等研究工作，分析比较了不同原子钟的物理工作原理及其性能；根据芯片级原子钟工作的相干布局囚禁(CPT)原理，提出了芯片级原子钟的温度、磁屏蔽、激光稳频和气体盒设计，为进一步开展芯片级原子钟的实验研究提供了技术方案；针对芯片级原子钟的关键部分，本文应用MEMS工艺进行了Cs／Rb微型蒸汽腔的圆片级低温气密性封装设计与工艺实现，完成了气体腔的气密性、剪切强度、热循环可靠性测试；最后结合简化渗流模型，对于封装的气密性进行了理论计算与讨论。测试表明，通过苯并环丁烯(BCB)材料实现的250℃时硅-硅、硅-玻璃键合的气密性要优于300℃阳极硅-玻璃键合样品和相关标准一个数量级以上；剪切强度和成品率也完全达到了MEMS器件的封装要求；温度热冲击循环后，样品的气密性和剪切强度没有明显变化。这表明应用苯并环丁烯(BCB)材料键合是一种较理想的圆片级低温气密性封装方法。这一研究为芯片级原子钟的深入研究提供了有价值的实验结果。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 引言
§1.1 原子钟的研究与发展
§1.2 不同原子钟的物理工作原理及其性能对比
§1.2.1 氢激射器型原子频标的物理工作原理
§1.2.2 光抽运型铷原子频标的物理工作原理
§1.2.3 铯束型原子钟的物理工作原理
§1.2.4 原子喷泉型铯原子钟的物理工作原理
§1.2.5 几种原子频标及晶振的性能对比
§1.3 芯片级原子钟的研究概况
§1.4 芯片级原子钟的意义与应用
§1.5 本论文的研究内容
第二章 MEMS技术在芯片级原子钟中的应用
§2.1 MEMS技术简介
§2.2 MEMS封装技术
§2.3 MEMS封装中的键合技术
§2.4 芯片级原子钟结构及MEMS技术在其中的应用
§2.5 现有原子钟气体盒的制作方法
§2.5.1 玻璃吹制法
§2.5.2 低温阳极键合法
§2.6 本章小结
第三章 芯片级原子钟的理论与设计
§3.1 芯片级原子钟的CPT理论
§3.2 芯片级原子钟的噪声基本模型与稳定度表征
§3.3 MEMS芯片级原子钟的设计
§3.3.1 MEMS芯片级原子钟的温度控制设计
§3.3.2 MEMS芯片级原子钟的磁屏蔽设计
§3.3.3 MEMS芯片级原子钟的激光稳频设计
§3.3.4 MEMS芯片级原子钟的气体盒设计
§3.4 本章小结
第四章 气体盒的气密性封装研究
§4.1 气体盒的封装工艺研究
§4.2 封装样品的气密性检测
§4.2.1 氦气细检
§4.2.2 氟油粗检
§4.3 封装样品的剪切力检测
§4.4 封装样品的热循环可靠性测试
§4.5 样品气密性的理论讨论
§4.6 本章小结
第五章 总结与展望
§5.1 本文的工作总结
§5.2 进一步的研究工作展望
参考文献
发表文章
致谢
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附件一：论文独创性声明及使用授权声明
发布时间: 2006-12-28
参考文献
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