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    基于ITO薄膜的加热器

    由微型蒸汽电池的尺寸很小,因而室温下电池中包括的原子数目十分少(通常存在约35,000,000个原子)。原子数少意味着吸取的光量少,CPT信号也响应小。由于原子密度随温度增长而增长,因而电池通常在80°C至130°C的温度范畴内事情,以将原子数增长到吸取率靠近50%的水平。微型电池加热器用于加热电池。这些加热器是经过利用电子束蒸发在玻璃基板上堆积一层铟锡氧化物(ITO)制成的。ITO是通明的 导电质料,因而可以构成散布在基板外表的电阻加热器,同时仍旧容许光经过。约30 nm的ITO膜可发生100W / sq的电阻。堆积在终极加热器元件边沿左近的金汇流条使金线可以粘结到组件上。金线的另一端毗连到CSAC基板,以提供电气通道。


    ITO加热器组件 用粘合式ITO加热器组装的电池的照片

    增加ITO薄膜上的杂散磁场的加热器微型蒸
    汽电
    (a)ITO加热器的照片和(b)表示性侧视图。将具有图案化ITO的两个玻璃基板与不导电的环氧树脂粘合在一同,制成磁场削弱的加热器。加热器中较浅的色线是经过激光图案去除ITO的地位。在ITO图案化之后,堆积金焊盘以举行引线键合,并在剩余的表露ITO上堆积2μm苯并环丁烯绝缘层,以便仅经过金焊盘举行上下ITO层之间的电打仗。大箭头表现电流进入和分开加热器的地位。导电环氧树脂在上和下ITO之间提供毗连。

    磁力计的运转至关紧张的是加热器的设计。来自蒸气室左近的任何电流的磁场都将被原子检测到,因而要分外警惕以增加加热器电流的影响。为了在很大水平上消弭ITO加热器电流发生的磁场,ag真人将电流设置装备摆设为本身增长一倍。这是经过起首对ITO举行激光构图来完成的,从而使电流流过120μm宽的ITO条(图2)。电流的迂回途径使加热器电阻较高(2kΩ),从而减小了电流,并在大少数加热器上疏散了功耗,从而匀称地加热了电池窗。为了为电流创立一个与输出电流的途径仅相差约10μm的前往途径,ag真人将两个图案化的ITO加热器粘合在一同,第二个具有第一个的镜像图案。因而,由流过下部ITO层的电流发生的磁场被上部ITO层中间接在其上方活动的前往电流的场抵消。为了进一步低落ITO加热器电流的影响,ag真人利用交换电以2至10 kHz的频率经过加热器。经过比力在利用交换电和直流电经过加热器时测得的磁场,ag真人察看到利用直流电时加热器发生的磁场为23 nT,磁共振的展宽为110 Hz(在总展宽中1800 Hz)。经过流过下部ITO层的电流发生的磁场被上部ITO层中正上方流过的回流电流的场抵消。为了进一步低落ITO加热器电流的影响,ag真人利用交换电以2至10 kHz的频率经过加热器。经过比力在利用交换电和直流电经过加热器时测得的磁场,ag真人察看到利用直流电时加热器发生的磁场为23 nT,磁共振的展宽为110 Hz(在总展宽中1800 Hz)。经过流过下部ITO层的电流发生的磁场被上部ITO层中正上方流过的回流电流的场抵消。为了进一步低落ITO加热器电流的影响,ag真人利用交换电以2至10 kHz的频率经过加热器。经过比力在利用交换电和直流电经过加热器时测得的磁场,ag真人察看到利用直流电时加热器发生的磁场为23 nT,磁共振的展宽为110 Hz(在总展宽中1800 Hz)。 
     
    ag真人曾经开辟出单位中集成的单片“原位”加热器,作为利用ITO加热器的一种大概替换方案。与ITO加热器相比,此办法的好处是:
     
    1。   假如在CSAC中完成,这些加热器将占用更少的空间-这些加热器间接在电池腔外部制造,因而不必要在物理封装中添加其他芯片,从而减小了CSAC的全体体积。在本陈诉中这不是很分明,由于到现在为止制造的电池比CSAC中利用的电池大.
    2。   大概更低的功率–由于加热器位于电池腔内而且与Cs和电池的玻璃窗间接打仗(阳极与玻璃粘接),因而,由于电池与加热器之间不存在两头停滞,因而热阻应较低。(再次,从本陈诉中并不克不及立刻看出这一点,由于到现在为止,用加热器制成的电池的尺寸和布局与CSAC中利用的电池差别。
    3。   硅加热器也可以用作温度传感器。这些电池由两个线圈制成,一个线圈用于加热,一个线圈用于感到,只管到现在为止,仅扼要介绍了感到功效。可替换地,可以在电池外部制造二极管以用于温度感测。 
    4。   单片集成–低落贸易化本钱
     

    与ITO加热器相比的缺陷: 

    1。  温度梯度–硅加热器将在整个电池窗口内惹起温度梯度,而ITO膜(未构图)则不会。 
    2。   2.光学通明度– ITO加热器是通明的,而硅加热器不是通明的;因而,硅加热器将限定电池窗的有效面积。 
     
    制造:
     
     
      
    利用与曩昔的电池相反的通用步伐来制造电池-在硅中蚀刻型腔/布局,将其粘结到玻璃上以制成成型品,并在厌氧室内将Cs和N2缓冲气体添补到预成型件中,并经过阳极键合举行密封。区别在于,除了复杂的方腔之外,还利用深反响离子刻蚀在硅中刻蚀了更庞大的蛇形布局,以界说双线加热器线圈。别的,这些加热器线圈掺有硼以增长其电导率。掺杂区也进一步延伸到芯片中,位于细胞腔的内部,并在芯片边沿被图案化为电气走线和焊盘。金属或环氧树脂堆积在焊盘上,以完成引线键合,从而完成与加热器线圈的电毗连。
     
    为了制止划片历程大概破坏软弱的加热线圈,在晶片上蚀刻了开放的沟槽以界说每个芯片,并经过薄硅片或“易碎片”将芯片附着到晶片上,从而可以轻松地将其断开。从晶片上去除芯片。右上图表现了一种如许的电池预成型件晶圆。然后从厌氧室中的移液器中将Cs添补到硅预成型坯中,回填20-25 kPa N 2缓冲气体,并经过阳极键合密封,安排顶部玻璃片,使硅键合垫显露。
     
    下图表现了制造的电池。每个单位包括两个加热器线圈,它们的宽度为30 mm,厚度与晶片的其他局部相反,因而打仗顶部和底部玻璃窗口。在室温下,每个线圈的电阻约为一公里,只管利用了高电压,但在阳极键合之前和之后都坚持稳定。
     
    举行铯光学吸取丈量以测试加热器的功效。为此,将电池引线键合到金属芯片载体上,该芯片载体的孔中钻有孔,以容许光芒穿过电池。(芯片载体仅用于牢固电池并提供与加热器的电毗连。)在电池与芯片载体之间安排厚度为0.5 mm的玻璃垫片,以提供肯定的热断绝。只管云云,整个芯片载体照旧被电池加热器加热了(拜见下图)。芯片载体引线毗连到直流电源,功率增长直到取得明晰的光吸取光谱,如下图所示。此时,用热电偶测得的电池表面面温度约为75℃。加热器的输出功率约为1瓦。然后,依据加热器输出功率的函数,利用热电偶丈量电池玻璃窗,玻璃垫片和芯片载体表面面的温度,如下图所示。
     
     
    的尺寸很小,因而室温下电池中包括的原子数目十分少(通常存在约35,000,000个原子)。原子数少意味着吸取的光量少,CPT信号也响应小。由于原子密度随温度增长而增长,因而电池通常在80°C至130°C的温度范畴内事情,以将原子数增长到吸取率靠近50%的水平。微型电池加热器用于加热电池。这些加热器是经过利用电子束蒸发在玻璃基板上堆积一层铟锡氧化物(ITO)制成的。ITO是通明的 导电质料,因而可以构成散布在基板外表的电阻加热器,同时仍旧容许光经过。约30 nm的ITO膜可发生100W / sq的电阻。堆积在终极加热器元件边沿左近的金汇流条使金线可以粘结到组件上。金线的另一端毗连到CSAC基板,以提供电气通道。
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