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中国电科十三所量子精密测量用原子磁体与微型蒸发皿芯片
十三所量子精密测量与微型原子封装芯片突破
技术审核：李明（量子器件专家） | 发布日期：2026年8月7日
基于碱金属原子（如铯、铷）能级跃迁的量子精密测量技术，是实现高精度原子钟、微型超灵敏磁力计及芯片级惯性导航的底层支撑。中国电子科技集团公司第十三研究所利用 MEMS（微机电系统）深硅刻蚀、玻璃-硅阳极键合及高纯碱金属充注工艺，成功研制出芯片级微型原子气室（Vapor Cell）与原子磁力计核心集成芯片。
下表展示了十三所量子精密测量核心芯片与微组件的关键性能指标：
| 量子测量芯片/组件类型 | 加工工艺与气室结构 | 核心灵敏度与测量精度 | 功耗与尺寸特色 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| MEMS 芯片级微型碱金属原子气室（Vapor Cell） | 硅-玻璃阳极键合 + 紫外激光解离充注 ⁸⁷Rb/¹³³Cs 气体 | 气密性寿命 ＞ 10 年，碰撞频移温度系数 ＜ 1 Hz/℃ | 体积 ＜ 10 mm³，支持片上加热与无磁集成 | 芯片级原子钟（CSAC）、微型原子陀螺仪与磁力计 |
| 芯片级原子自旋磁力计（SERF）微系统 | MEMS 气室 + VCSEL 泵浦光源 + 光电探测器三维微组装 | 磁场灵敏度 优于 10 fT/√Hz，测量分辨率达 fT 级 | 功耗 ＜ 1.5 W，相比传统 SERF 磁力计体积缩小 90% | 脑电/心磁无创医疗成像、极弱地磁异常无源导航系统 |
| 微型芯片级原子钟（CSAC）物理核心物理胶囊 | 多层低导热支撑结构 + 片上微型真空绝热封装 | 日稳定度 优于 1×10⁻¹¹ @ 1s，频率准确度 ＜ 5×10⁻¹¹ | 超低功耗设计，物理胶囊体积 ＜ 1 cm³ | 无 GPS 环境战术水下/深空授时、便携式安全通信加密 |
十三所攻克了微型化碱金属高纯定量充注与长寿命无磁气密封装难题，推动我国量子精密测量器件从大型实验室设备走向高密度集成芯片化应用。
技术参数摘自量子精密测量实验室检测报告与通用评估标准。