【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22KT1288
利用課題名 / Title
シリコンの三次元微細構造を利用したアルカリ金属ガス封入セル
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
陽極接合, 真空封止, ガスセル,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
平井 義和
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-104：高速マスクレス露光装置
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-203：電子線蒸着装置
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）
KT-256：ダイシング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
次世代の情報通信社会を実現する基盤技術の一つに時刻同期技術があり、エッジデバイス間で容易かつ高精度に時刻情報を一致させることが可能な原子時計チップに対する期待が大きい。本研究では原子時計チップにおける時刻計測の鍵であるアルカリ金属をMEMS技術で封入した「ガスセル」の製造技術の開発を目指し、Siの微細な三次元構造の加工プロセスとこの微細構造を利用した簡便かつクリーンなアルカリ金属生成法の開発を行った。
実験 / Experimental
Si基板上にパターニングしたCrマスクとDRIEプロセスを駆使して、Siウエハにアルカリ金属であるセシウム（Cs）生成のための三次元微細構造（Fig. 1(a)）と深さ1.5 mmのキャビティを同時に作製した。Cs生成源である化合物を三次元微細構造上に担持させ、陽極接合装置でSiウエハの両面にガラスウエハを接合することで、真空封止した。
結果と考察 / Results and Discussion
DRIEを用いて、三次元微細構造とキャビティを有する複雑なガスセル構造をウェハレベルで一括形成を行うことができた。真空封止したガスセルを約330℃、約10分間、加熱することでCsの生成が確認できた(Fig. 1(b))。これは従来の光照射や加熱によるウェハレベルのガスセル作製手法と比較して低温・短時間であり、ガスセル性能の向上が期待できる。作製したガスセルを原子時計に組み込み、時刻計測の精度を評価する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 (a) A cross-section of Si 3-D structures, and (b) A single Cs-filled vapor cell.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
研究内容がForbesJAPAN 2023年1月号（2022/11/25発売）で紹介。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- (1) Yoshikazu Hirai, "Alkali Metal Vapor Cells Fabricated with Three-Dimensional Microstructuring Technique for Miniature Atomic Clocks," The 17th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2022), Online (April, 2022), pp.20
- S. Kiyose, Y. Hirai, O. Tabata, T. Tsuchiya, Jpn. J. Appl. Phys., 60 (2021), SCCL01, 10.35848/1347-4065/abe203
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：2件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件