Woetzel, Stefan
[VerfasserIn]
;
Hoffmann, Martin
[AkademischeR BetreuerIn];
Meyer, Hans-Georg
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft];
Schmidl, Frank
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft]Technische Universität Ilmenau
Hochschulschrift:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2016
Anmerkungen:
Tag der Verteidigung: 31.08.2016
Systemvoraussetzung: Acrobat reader
Beschreibung:
Die vorliegende Arbeit beinhaltet unterschiedliche Aspekte von Entwurf, Fertigung und Erforschung mikrofabrizierter Alkalidampfzellen. Alkalidampfzellen, also hermetisch versiegelte Volumina gefüllt mit Atomen eines Alkalimetalls, haben besondere Bedeutung als zentrales Element innerhalb von optisch gepumpten Magnetometern (OPM) sowie von kleinformatigen Frequenzstandards (bzw. Atomuhren). Moderne Entwicklungen in diesem Bereich gehen insbesondere zu einer Verringerung des Volumens bzw. der Größe der verwendeten Bauteile, da dies zum einen die bessere Integrierbarkeit der Sensoren gewährleistet und außerdem Probleme bei Messungen in inhomogenen Magnetfeldern (z.B. bei der Verwendung im Erdmagnetfeld) vermeidet bzw. beschränkt. Die Verringerung des Zellvolumens widerspricht jedoch gleichzeitig der Forderung an eine hohe Empfindlichkeit der Messung. Diesem aufkommenden Widerspruch zum einen, sowie dem mikrosystemtechnischen Fertigungsprozess der Zellen zum anderen ist diese Arbeit gewidmet. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses werden Entwicklungen für die Handhabung des hier verwendeten, hochreaktiven Cäsiums sowie die Möglichkeit zur Passivierung des Zellkörpers mit dünnen Schichten aus Al2O3, abgeschieden mittels Atomlagenabscheidung, gegen den Einfluss des verwendeten Cäsiums vorgestellt. Hervorzuheben ist eine für den hermetischen Zellverschluss entwickelte Methode, welche anodisches Bonden bei Raumtemperatur und Spannungen im Bereich von 100 V erlaubt. Diese einzigartige Parameterkombination wird durch die Verwendung dünner Schichten eines lithiumhaltigen Glases mit hoher Ionenleitfähigkeit ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit besteht in einem Array aus mehreren Alkalidampfzellen, welche über Kanäle mit einer zentralen Struktur, dem Reservoir, verbunden sind. Das Reservoir dient der Aufnahme des Cäsiums. Der Aufbau des Arrays gewährleistet identische Eigenschaften bzw. Charakteristika der einzelnen Zellen. Insbesondere durch Anpassungen des verwendeten Puffergases sowie des in den Zellen herrschenden Puffergasdrucks konnte die erreichbare schrotrauschbegrenzte Empfindlichkeit der hergestellten Zellen auf Werte von ca. 150fT/ [Wurzel] Hz gesteigert werden. Bringt man diesen Wert in Relation zum Zellvolumen von 50mm^3 ergibt sich für die Zellen ein Wert von 33,6 fTcm^3/2 / [Wurzel] Hz. Dieser stellt für Messungen im verwendeten Arbeitsregime international einen Spitzenwert dar.