具有加热功能的准直器及其制作方法与流程

本发明涉及原子束准直器，特别是涉及应用于原子束荧光光谱、原子物理和精密测量领域的具有加热功能的准直器及其制作方法。

背景技术：

1、随着理论和技术的发展，目前已经可以精确操控原子蒸汽进行各种科学研究和工业生产，比如微型芯片、空间原子钟、精密测量以及量子信息与量子模拟等。自然状态下的原子蒸汽服从玻尔兹曼分布，其运动杂乱无章，难以控制和应用。因此，利用原子蒸汽束流产生器来高效稳定地产生各种准直的原子束流是上述应用的基础，有着巨大的市场需求。

2、通常，原子蒸汽束流产生器需要满足几个基本条件：具有维持高真空环境的能力；产生的原子束流准直度高，通量大，能够满足各种应用场景的需求；具备加热控温功能，用于控制原子束的流量；可以保证长时间稳定运行的能力；适用于多种金属元素。

3、当前的原子蒸汽束流产生器中加热控温功能通常是通过外部加热、控温实现的，具有如下缺点：加热层距离准直器内的原子束间隔较多，加热不直接，造成能量利用率低，功耗高；因为加热层与准直器内待加热的原子束之间有准直器等间隔，热容大，控温及时性差、精度较低；测温探头一般也置于准直器之外或者紧贴准直器，测量温度与原子束温度差异较大，最终的控制温度与期待温度偏差较大；准直器完成后外部增加加热部件，一致性差，成本相对高；外部加热部件潜在的电磁波干扰，会影响原子束最终使用时的检测精度，磁场会对原子能级产生影响，最终影响其能级稳定性。

4、有鉴于此，需要提供一种新的具有加热功能的准直器及制作方法，克服原子蒸汽束流产生器中加热控温功能不稳定、效率低、结构复杂等问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种具有加热功能的准直器，所述具有加热功能的准直器包括：衬底，于所述衬底厚度方向的一侧表面上设有沟槽结构，以及，温度控制层，所述温度控制层设置于所述衬底厚度方向的一侧；其中，所述温度控制层提供的热量被传递至所述沟槽结构中。

2、作为可选的技术方案，所述温度控制层设置于所述衬底厚度方向相背的另一侧表面上。

3、作为可选的技术方案，还包括第一结合层，所述第一结合层接合于所述衬底的所述沟槽结构一侧，位于所述衬底和所述第一结合层之间的所述沟槽结构为所述具有加热功能的准直器准直通道；其中，所述第一结合层厚度方向包括相背的两个表面，所述温度控制层设置在所述第一结合层厚度方向相背的两个表面的其中之一上。

4、作为可选的技术方案，还包括第二结合层，所述第二结合层接合于所述衬底厚度方向相背的一侧表面上；其中，所述第二结合层厚度方向包括相背的两个表面，所述温度控制层设置在所述第二结合层厚度方向相背的两个表面的其中之一上。

5、作为可选的技术方案，在所述衬底厚度方向上，所述温度控制层所在的区域和所述沟槽结构所在的区域相对应。

6、作为可选的技术方案，所述温度控制层包括多个温度控制单元，所述沟槽结构的数量为多个，每一温度控制单元和每一沟槽结构对应设置或者非对应设置。

7、作为可选的技术方案，所述温度控制单元包括电性连接的加热丝和加热电极。

8、作为可选的技术方案，所述加热丝往复弯折呈蛇形排布。

9、作为可选的技术方案，所述加热丝往复弯折形成多个最小重复单元，所述沟槽结构的数量为多个，每一最小重复单元和每一沟槽结构对应布置或者非对应布置。

10、作为可选的技术方案，所述加热丝包括相邻的第一加热丝和第二加热丝；所述加热电极包括第一组加热电极和第二组加热电极，所述第一组加热电极包括第一正电极和第一负电极；第二组加热电极包括第二正电极和第二负电极；其中，所述第一加热丝的两端分别连接所述第一正电极和所述第一负电极，所述第二加热丝的两端分别连接所述第二正电极和所述第二负电极；所述第一正电极和所述第二负电极相邻布置，所述第一负电极和所述第二正电极相邻布置，使得流经所述第一加热丝的电流方向和流经所述第二加热丝电流方向相反。

11、作为可选的技术方案，还包括第一导线，所述第一导线电性导通所述第一正电极和所述第二负电极。

12、作为可选的技术方案，还包括热敏电阻和电性连接所述热敏电阻的热敏电极，所述热敏电阻用于感测所述温度控制层的温度变化。

13、本发明还提供一种具有加热功能的准直器的制作方法，所述制作方法包括：

14、提供衬底，于所述衬底厚度方向的一侧表面上蚀刻形成沟槽结构；

15、于所述衬底厚度方向的一侧制作温度控制层；

16、其中，所述温度控制层提供的热量经由所述衬底传递至所述沟槽结构中。

17、作为可选的技术方案，于所述衬底厚度方向的一侧制作温度控制层的方式包括：

18、于所述衬底厚度方向相背的另一侧表面上制作温度控制层；或者，

19、提供第一结合层，键合所述第一结合层至所述衬底的所述沟槽结构一侧表面上，形成层叠体，于所述第一结合层厚度方向相背的两个表面的其中之一上制作温度控制层；又或者

20、提供第二结合层，键合所述第二结合层至所述衬底厚度方向相背的另一侧表面上，形成层叠体，于所述第二结合层厚度方向相背的两个表面的其中之一上制作温度控制层。

21、作为可选的技术方案，所述温度控制层为图案化的金属层形成的加热丝和加热电极。

22、作为可选的技术方案，还包括：形成与所述温度控制层同层的热敏电阻和热敏电极。

23、本发明提供一种具有加热功能的准直器及制作方法，于衬底的沟槽结构的相背一侧或者相同一侧布置温度控制层，温度控制层产生的热量可以直接或者间接通过衬底传导至由沟槽结构构成的完整的准直通道中，因此，具有加热直接、功耗低和效率高的优势。另，温度控制层采用图案化工艺制作的加热丝和加热电极，得益于现有的图案化工艺的制程水平，因此，加热线条粗细可控，可以根据衬底上不同部位对加热的不同需求，进行不同粗细的加热丝刻蚀，使准直器最终整体加热的均匀性更好；进一步，加热丝可以实现很细地刻蚀，可以达到小于1μm（微米）的尺寸，这样当加热丝采用平行的双股或双线设计时，容易实现磁场抵消，最终达到加热同时产生极小磁场效应的目的，使其在使用中对原子能级扰动降到最小。此外，热敏电极也通过刻蚀工艺生长到衬底表面上和加热丝位于同一层，测温更准确，反馈更及时，有利于实现更及时、更高精度的温度反馈与控制。

技术特征：

1. 一种具有加热功能的准直器，其特征在于，所述具有加热功能的准直器包括：

2.根据权利要求1所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，所述温度控制层设置于所述衬底厚度方向相背的另一侧表面上。

3.根据权利要求1所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，还包括第一结合层，所述第一结合层接合于所述衬底的所述沟槽结构一侧，位于所述衬底和所述第一结合层之间的所述沟槽结构为所述具有加热功能的准直器准直通道；

4.根据权利要求1所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，还包括第二结合层，所述第二结合层接合于所述衬底厚度方向相背的一侧表面上；

5.根据权利要求1所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，在所述衬底厚度方向上，所述温度控制层所在的区域和所述沟槽结构所在的区域相对应。

6.根据权利要求5所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，所述温度控制层包括多个温度控制单元，所述沟槽结构的数量为多个，每一温度控制单元和每一沟槽结构对应设置或者非对应设置。

7.根据权利要求1所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，所述温度控制单元包括电性连接的加热丝和加热电极。

8.根据权利要求7所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，所述加热丝往复弯折呈蛇形排布。

9.根据权利要求8所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，所述加热丝往复弯折形成多个最小重复单元，所述沟槽结构的数量为多个，每一最小重复单元和每一沟槽结构对应布置或者非对应布置。

10.根据权利要求5所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，所述加热丝包括相邻的第一加热丝和第二加热丝；所述加热电极包括第一组加热电极和第二组加热电极，所述第一组加热电极包括第一正电极和第一负电极；第二组加热电极包括第二正电极和第二负电极；

11.根据权利要求8所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，还包括第一导线，所述第一导线电性导通所述第一正电极和所述第二负电极。

12.根据权利要求1所述的具有加热功能的准直器，其特征在于，还包括热敏电阻和电性连接所述热敏电阻的热敏电极，所述热敏电阻用于感测所述温度控制层的温度变化。

13.一种具有加热功能的准直器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，于所述衬底厚度方向的一侧制作温度控制层的方式包括：

15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，所述温度控制层为图案化的金属层形成的加热丝和加热电极。

16.根据权利要求15所述的制作方法，其特征在于，还包括：

技术总结本发明提供一种具有加热功能的准直器及制作方法，包括：衬底，于所述衬底厚度方向的一侧表面上设有沟槽结构，以及，于所述衬底厚度方向相背的另一侧表面设有温度控制层。于衬底的沟槽结构的相背一侧或者相同一侧布置温度控制层，温度控制层产生的热量可以通过衬底传导至由沟槽结构构成的完整的准直通道中，因此，具有加热直接、功耗低和效率高的优势。另，温度控制层采用图案化工艺制作的加热丝和加热电极，得益于现有的图案化工艺的制程水平，因此，加热线条粗细可控，可以根据衬底上不同部位对加热的不同需求，进行不同粗细的加热丝刻蚀，使准直器最终整体加热的均匀性更好。技术研发人员：王旭成,屈求智受保护的技术使用者：凯瑟斯技术（杭州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2