【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2489
利用課題名 / Title
アルカリ金属ガスの一括生成・封入が可能な原子時計用小型ガスセルの開発
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
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
原子時計,時刻同期,ガスセル,陽極接合,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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
清瀬 俊,村上 諒
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-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）
KT-203：電子線蒸着装置
KT-121：マスクレス露光装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
次世代の高度情報通信社会を実現するセンサネットワークの構築および運用には、更なる大容量化・高度化が期待されている。これらを構成するエッジデバイスに搭載して時刻同期するための高精度な小型原子時計の開発が期待されている。本研究では、小型原子時計の基幹部品である「ガスセル」の量産化技術の開発を目指して、図１に示すSiピラーの側壁に微細な三次元構造（凹凸）を付与した「アルカリ金属生成部」を用いて、簡便かつクリーンなアルカリ金属生成法とガスセルへの封入技術の開発を進めている。
実験 / Experimental
本研究のガスセル構造は、アジ化ルビジウム（RbN3）水溶液の滴下用チャンバと接続流路、アルカリ金属生成部でからRbをガスセル中央の光学チャンバに充填するためのマイクロ流路で構成される。アルカリ金属生成部のSiピラー構造の凹凸部に付着したRbN3を加熱分解することで、Rbを生成して光学チャンバ内に封入する。このガスセル構造を4インチSi基板上にCrマスクでパターニングし、シリコンドライエッチング（DRIE）プロセス（KT-234）を応用して、三次元構造と光学チャンバを同時に作製した。次にRbN3を三次元構造の表面に担持し、陽極接合装置でSiウエハの両面にガラスウエハを接合して真空封止した。
結果と考察 / Results and Discussion
ガスセル構造をウェハレベルで一括作製した結果を図2に示す。真空封止したガスセルを約380度、10分間、ホットプレートで加熱するとRbN3が分解してRbが生成し、アルカリ金属生成部のガラス壁内面に付着した様子が確認できた（図3）。このRb生成のプロセスにおいては、DRIEのプロセス条件を調整して、RbN3の分解に適した三次元構造を作製することが必要であると判明した。この構造のパラメータをプロセス条件によって調節することで、Rbの生成歩留まりが約3割も向上した。今後は作製したガスセルを原子時計の光学特性を評価するシステムに組み込みで、短期周波数安定度を評価する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. アルカリ金属生成部におけるSi三次元構造の断面図
図2. 4インチウエハ上で一括作製されたガスセル構造
図3. Rbを封止した外形6mm角ガスセル
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[受賞歴] 村上諒：日本機械学会若手優秀講演フェロー賞、第15回マイクロ・ナノ工学シンポジウム（マイクロ・ナノ工学部門大会）
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.
- 村上諒，清瀬俊，平井義和，”アルカリ金属ガスの一括生成・封入が可能な原子時計用小型ガスセル構造”， 第15回マイクロ・ナノ工学シンポジウム，日本機械学会, 仙台, 2024年11月, 27P3-16
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件