一种基于MEMS工艺的透明无磁电加热器件

本发明属于微电子领域，具体涉及了一种基于mems加工工艺的透明无磁电加热器件。

背景技术：

1、原子磁强计是用于检测微弱磁场的超高灵敏测量仪，而碱金属原子气室是原子磁强计的核心敏感部件。原子气室内部通常填充钾、铷、铯等碱金属，利用碱金属原子在泵浦光作用下的拉莫尔进动频率，可以解算出微弱磁场的大小。气室内的原子数密度直接影响原子磁强计的检测效果，而常温下原子气室内的碱金属为固态，因此需要加热原子气室以保证气室内有足够的气态碱金属原子。实验中通常采用热气流加热、激光加热和电加热三种方式来提高气室温度，而热气流加热的时空气流动会引入噪声干扰，激光加热的功率相对较低，因此实验中常采用功率高且易于控温的电加热方式对原子气室进行加热。然而电加热会引入磁场干扰，因此需要设计相应的加热结构以减小加热过程的电磁干扰。此外，在加热膜上预留通光孔会导致气室加热的不均匀。因此针对仅两侧通光的mems碱金属原子气室均匀加热问题，设计的加热结构要在均匀加热的基础上考虑原子气室的通光效果。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于mems工艺的透明无磁电加热器件，基于mems加工工艺，将氧化铟锡（ito）薄膜制备在用于放置mems原子气室的透明加热及保温结构上，并添加铂电阻测温结构，实现mems原子气室测温加热一体化，有利于对原子气室的高精度温度控制。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于mems工艺的透明无磁电加热器件，所述器件包括透明导电薄膜、原子气室透明保温结构、以及测温铂电阻，其中：

4、透明导电薄膜，分布在原子气室透明保温结构的上下两个表面，包括氧化铟锡透明加热导线构成的s型迂回图案，且上下两侧的s型迂回图案呈镜像对称，单侧的s型迂回图案包括第一s型迂回图案、第二s型迂回图案，第一s型迂回图案、第二s型迂回图案相互嵌套放置，在核心加热区域呈现三对平行导线的结构，同时由一对长平行导线引出方形电极引脚，用于氧化铟锡导线与外部系统连接；

5、原子气室透明气室保温结构，包括中空且呈矩形的气室放置腔，且其在竖直方向的投影与透明导电薄膜重叠，原子气室透明气室保温结构的侧面包括螺纹结构，用于固定保温帽，所述保温帽用于封闭气室放置腔的一个侧面，所述保温帽包括导线孔；

6、测温铂电阻成三面矩形弯折结构，相邻矩形面之间成90度弯折，分别分布在气室放置腔内部的另三个侧面，利用导线穿过导线孔引出与测温设备连接。

7、进一步的，利用磁控溅射工艺生成氧化铟锡透明导电薄膜，并用激光刻蚀工艺对氧化铟锡透明导电薄膜进行加工，形成s型迂回图案，所述s型迂回图案包括三对平行反向的迂回导线。

8、进一步的，原子气室透明气室保温结构采用jgs1石英玻璃，利用打磨工艺在jgs1石英玻璃上挖出一个方形孔，作为用于放置原子气室的气室放置腔；方形孔侧面包括两个保温结构螺纹孔用于连接保温帽，与保温帽上的两个保温帽螺孔对应，所述保温帽包括两个导线孔。

9、进一步的，每个测温铂电阻的尺寸与气室放置腔内部的另三个侧面的每个侧面尺寸对应。

10、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术优势：

11、（1）利用磁控溅射技术在玻璃器件上下表面制备氧化铟锡透明导电薄膜，使加热器件能对原子气室进行均匀加热，并提供较高的透光率；

12、（2）利用激光刻蚀工艺，将制备的薄膜刻蚀为迂回导线，并使上下两层图案成镜像对称，消除工作过程磁场噪声，实现加热器件的无磁化；

13、（3）在透明的jgs1玻璃上挖出适合放置mems原子气室的方形孔，实现对mems原子气室的稳定加热，并起到保温作用；

14、同时使用内侧三面铂电阻进行测温，对mems原子气室的温度进行综合测量。

技术特征：

1.一种基于mems工艺的透明无磁电加热器件，其特征在于，所述器件包括透明导电薄膜、原子气室透明保温结构、以及测温铂电阻，其中：

2.根据权利要求1所述的一种基于mems工艺的透明无磁电加热器件，其特征在于，利用磁控溅射工艺生成氧化铟锡透明导电薄膜，并用激光刻蚀工艺对氧化铟锡透明导电薄膜进行加工，形成s型迂回图案，所述s型迂回图案包括三对平行反向的迂回导线。

3.根据权利要求1所述的一种基于mems工艺的透明无磁电加热器件，其特征在于，原子气室透明气室保温结构采用jgs1石英玻璃，利用打磨工艺在jgs1石英玻璃上挖出一个方形孔，作为用于放置原子气室的气室放置腔；方形孔侧面包括两个保温结构螺纹孔用于连接保温帽，与保温帽上的两个保温帽螺孔对应，所述保温帽包括两个导线孔。

4.根据权利要求1所述的一种基于mems工艺的透明无磁电加热器件，其特征在于，每个测温铂电阻的尺寸与气室放置腔内部的另三个侧面的每个侧面尺寸对应。

技术总结本发明公开了一种基于MEMS工艺的透明无磁电加热器件，该器件包括透明导电薄膜、气室保温结构、以及温度测量结构；通过MEMS工艺在玻璃表面生成有利于消除磁场噪声的氧化铟锡（ITO）薄膜导线，使加热器件可以对小型化原子气室进行均匀加热的同时，具有高透光率，此外加热器件上下表面设计的导线结构有利于消除加热过程的磁场噪声；建立玻璃结构对小型化原子气室进行包裹，保证气室的温度稳定；用内部的铂电阻进行测温，实现MEMS气室的温度采集。本发明在实现MEMS气室透明均匀加热的同时，实现对原子气室的温度测量，满足基于SERF效应原子磁强计气室的加热需求，并消除加热过程的磁场噪声。技术研发人员：周向阳,朱司,李振,刘博文受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1