微型時鐘逼近原子鐘，MEMS 裝置 8 小時只差 102 奈秒

在時間計量領域，研究人員最近開發出一款微型 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統）時鐘，其穩定性接近傳統的原子鐘（Atomic Clock），這個突破有望改變未來的時間同步技術。這款時鐘的設計基於矽摻雜技術，經過八小時運行後，僅偏差 102 奈秒，顯示出其在小型化和低功耗方面的優勢。

這款MEMS時鐘的核心是一片矽板，上面覆蓋著壓電薄膜，能夠以其自然頻率振動，周圍的電子電路負責測量這些振動。內建的小型加熱器能保持整個結構在最佳溫度下運行，這樣的設計使得振盪器、電子元件和加熱器能協同工作，進而減少因環境變化引起的時間漂移。

密西根大學的MEMS工程師Roozbeh Tabrizian指出，這款時鐘的振盪器在環境變化中表現出極高的穩定性，能夠在-40°C到85°C的範圍內幾乎不變化。這個穩定性得益於矽的摻雜技術，透過添加雜質來穩定其機械性能，進而在溫度變化時保持材料的彈性。

此外，這款時鐘還具備自動溫度感測和調整的功能，能夠在環境變化時自動調整加熱器和主要計時模式，這使得時鐘在不同環境下都能保持穩定的時間計量。這些特性使得這款MEMS時鐘成為首個在八小時內僅偏差102奈秒的時鐘，若按比例放大到一週的運行，漂移量僅為2微秒，雖然不及高階實驗室的原子鐘，但已經接近小型化原子鐘的穩定性。

這款MEMS時鐘的體積和功耗優勢顯著，與傳統的原子鐘相比，這款新時鐘的體積僅為其十分之一到1/20，且功耗大幅降低。這個技術的發展源於DARPA的一個項目，目標是製造一款能運行一週且偏差僅為1微秒的時鐘，未來的應用前景廣泛，尤其是在需要時間同步的現代技術中。

在極端環境下，如太空探索和水下任務，這款MEMS時鐘有望成為小型且低功耗的替代品，解決目前技術在GPS信號不足時的時間計量問題。隨著技術的進一步發展，這款時鐘也可能在日常應用中發揮重要作用，特別是在未來需要快速數據傳輸的設備中。儘管面臨來自SiTime等公司的競爭，Tabrizian對團隊的能力充滿信心，認為他們的解決方案在物理基礎上具有優勢，能提供更高的準確性。