專利名稱：光子晶體的制造方法和光子晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子晶體的制造方法和光子晶體。
背景技術(shù)：
近年，使介電常數(shù)周期地變化的光子晶體受到關(guān)注。體現(xiàn)光學(xué)帶隙(以下僅稱為“帶隙”)的光子晶體能夠用作為控制光及電磁波的元件。例如，通過在光子晶體中設(shè)置缺陷，并形成光波導(dǎo)路，能夠?qū)⒐庾泳w作為傳輸線路使用(例如參看特開2001-237616號(hào)公報(bào)、特開2001-237617號(hào)公報(bào))。
光子晶體大致分為介電常數(shù)的周期結(jié)構(gòu)為2維(以下稱為“2維周期結(jié)構(gòu)”)的光子晶體、和介電常數(shù)的周期結(jié)構(gòu)為3維(以下稱為“3維周期結(jié)構(gòu)”)的光子晶體。
最初制作的光子晶體為圖21所示的3維周期結(jié)構(gòu)的“Yablonovite”(參看e.Yablonovitch，T.J.Gmitter and K.M.LeungPhys.Rev.Lett.67，2295(1991))。如圖21所示，Yablonovite是，通過從以規(guī)定間隔呈三角配置在電介質(zhì)塊81上的各個(gè)開口部82以對(duì)其法線呈35.26°的角度從3個(gè)方向以120°的間隔穿孔來制作。在圖21中，符號(hào)82a-82c表示穿孔方向。
Yablonovite以后，不論2維周期結(jié)構(gòu)和3維周期結(jié)構(gòu)，提出了很多的光子晶體。那些光子晶體使用顯微機(jī)械加工技術(shù)、晶片熔合、半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)、自凸面加工技術(shù)、采用2光子吸收的聚合物的聚合反應(yīng)、光造型法及干刻法等(以下總稱為“顯微機(jī)械加工技術(shù)等”)制作。
在使用顯微機(jī)械加工技術(shù)等的方法之外，還提出了使用外延結(jié)晶成長(zhǎng)方法制作光子晶體的方法(參看特開2001-237616號(hào)公報(bào))和使用裝配機(jī)器的方法(參看特開2001-237617號(hào)公報(bào))。
光子晶體使用介電常數(shù)不同的2種或以上的物質(zhì)制作。一般地作為其中的1種大多利用空氣，但近年也提出了組合Si和GaAs等的半導(dǎo)體技術(shù)中使用的電介質(zhì)、和高分子材料、光固化樹脂、介電陶瓷等制作光子晶體的方案(例如參看特開2001-237616號(hào)公報(bào)、特開2001-237617號(hào)公報(bào))。
盡管光子晶體的用途及需求急速擴(kuò)大，但是顯微機(jī)械加工技術(shù)等由于其加工方法均復(fù)雜，因此合格率不好，由于花費(fèi)時(shí)間，因此未面向大量生產(chǎn)。另外，如上述，也提出了使用外延結(jié)晶成長(zhǎng)方法制作光子晶體的方法(參看特開2001-237616號(hào)公報(bào))，但能夠外延結(jié)晶成長(zhǎng)的電介質(zhì)的種類被自身地限定的同時(shí)，使電介質(zhì)外延結(jié)晶成長(zhǎng)到規(guī)定的厚度需要很多的時(shí)間。此外，也提出了使用裝配機(jī)器的方法(參看特開2001-237617號(hào)公報(bào))，但需求更簡(jiǎn)易且短時(shí)間就得到光子晶體的技術(shù)。
另外，在預(yù)先制作了電介質(zhì)塊后，在電介質(zhì)塊上穿出規(guī)定圖案的孔的方法也被考慮?？墒?，由于孔的間隔微小，因此穿孔本身困難。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供批量生產(chǎn)性優(yōu)異的光子晶體的制造方法等。另一個(gè)目的是，提供簡(jiǎn)便地得到小型且高特性的光子晶體的技術(shù)、得到具備微細(xì)的圖案的光子晶體的技術(shù)。
在這樣的目的下，本發(fā)明人進(jìn)行了各種各樣的研討。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將在同一面內(nèi)周期地配置了第1電介質(zhì)和具有與該第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的第2電介質(zhì)的多個(gè)復(fù)合電介質(zhì)層疊是有效的。即，本發(fā)明是一種光子晶體的制造方法，其是周期地配置了第1電介質(zhì)和具有與該第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的第2電介質(zhì)的光子晶體的制造方法，其中，制作在同一面內(nèi)周期地配置了第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)的第1復(fù)合電介質(zhì)，在第1復(fù)合電介質(zhì)上層疊在同一面內(nèi)周期地配置了第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)的第2復(fù)合電介質(zhì)。
本發(fā)明的光子晶體的制造方法，根據(jù)構(gòu)成第1電介質(zhì)、第2電介質(zhì)的物質(zhì)包含第1方案和第2方案這2個(gè)方案。第1方案的第1電介質(zhì)由介電陶瓷構(gòu)成，第2電介質(zhì)由空氣構(gòu)成。第2方案的第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)均由介電陶瓷構(gòu)成。
在第1方案中，將以規(guī)定圖案形成了在厚度方向貫通的孔的第1復(fù)合電介質(zhì)和第2復(fù)合電介質(zhì)進(jìn)行層疊，能夠得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊。
介電陶瓷由于介電常數(shù)比Si和GaAs等的半導(dǎo)體技術(shù)中使用的電介質(zhì)、高分子材料、光固化樹脂大，因此通過使用介電陶瓷作為電介質(zhì)，能夠謀求光子晶體的小型化。另外，通過組合介電陶瓷和空氣，能夠增大兩電介質(zhì)的介電常數(shù)的比率，因此得到寬頻帶的帶隙。
在本發(fā)明的光子晶體的制造方法中，第1和第2復(fù)合電介質(zhì)能夠制成將片狀構(gòu)件穿孔而得到的復(fù)合電介質(zhì)。既可以對(duì)每1片片狀構(gòu)件穿孔，又可以根據(jù)片狀構(gòu)件厚度重疊多個(gè)片而穿孔。本發(fā)明通過將片狀構(gòu)件穿孔而得到的復(fù)合電介質(zhì)進(jìn)行層疊，從而在電介質(zhì)塊上周期地配置規(guī)定圖案的空隙。據(jù)此，不需要特別復(fù)雜的工序，能夠以短時(shí)間在電介質(zhì)塊上形成規(guī)定圖案的空隙。另外，通過采用層疊穿孔了的片狀構(gòu)件(復(fù)合電介質(zhì))這一新型的手法，還能夠得到過去方法難以得到的具有微細(xì)的圖案的光子晶體。在預(yù)先制作電介質(zhì)塊后對(duì)電介質(zhì)塊穿孔，形成規(guī)定圖案的空隙這一過去方法，小徑的穿孔用器具插入電介質(zhì)塊時(shí)、或者插入到電介質(zhì)塊中后，在電介質(zhì)塊內(nèi)部破損，最終得到具有微細(xì)的圖案的光子晶體是困難的。與之相對(duì)，本發(fā)明的光子晶體的制造方法，其中，通過預(yù)先制作穿孔了的薄的復(fù)合電介質(zhì)，并層疊該復(fù)合電介質(zhì)，得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊，根據(jù)本發(fā)明的光子晶體的制造方法，也能夠得到具有比過去更微細(xì)的圖案的光子晶體。
另外，光子晶體通過設(shè)置缺陷，能夠用在光波導(dǎo)路等上，但用過去的方法制作的電介質(zhì)塊的內(nèi)部在后來導(dǎo)入點(diǎn)缺陷是困難的。與之相對(duì)，根據(jù)層疊穿孔了的復(fù)合電介質(zhì)的本發(fā)明的光子晶體的制造方法，得到在其內(nèi)部導(dǎo)入了點(diǎn)缺陷的電介質(zhì)塊也容易。
另外，第1和第2復(fù)合電介質(zhì)也可以為用絲網(wǎng)印刷等印刷加工法得到的。
在用印刷加工法得到第1和第2復(fù)合電介質(zhì)的場(chǎng)合，第1和第2復(fù)合電介質(zhì)的層疊也能夠使用印刷加工法進(jìn)行。
本發(fā)明采用層疊以規(guī)定圖案形成了在厚度方向貫通的孔的復(fù)合電介質(zhì)這一新型的方法，制作電介質(zhì)塊。所以，在第1和第2復(fù)合電介質(zhì)的層疊完了的時(shí)刻，能夠使電介質(zhì)塊由規(guī)定圖案的空隙貫通表面和底面、并在其空隙內(nèi)配置了空氣的電介質(zhì)塊。與在制作了電介質(zhì)塊之后，通過對(duì)電介質(zhì)塊實(shí)施干刻等從而形成規(guī)定圖案的空隙的方法比較，能夠短時(shí)間且高精度地形成規(guī)定圖案的空隙，在該點(diǎn)上本發(fā)明的方法是有利的。
以上的本發(fā)明的光子晶體的制造方法，對(duì)于制作具有2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合、和制作具有3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合都能適用。也就是說，通過適宜選擇在陶瓷組成體上形成的孔的圖案，不僅能得到2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體，還能得到3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體。特別是在為制作具有2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體而使用本發(fā)明的場(chǎng)合，能夠比過去大幅度縮短制作光子晶體所需的時(shí)間。
采用以上的第1方案的制造方法，能夠制造一種光子晶體，該光子晶體是具備第1電介質(zhì)、和具有與第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的第2電介質(zhì)，并以規(guī)定的周期配置第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)的光子晶體，其中，以規(guī)定圖案形成了直徑為2mm或以下的空隙的介電陶瓷制成的電介質(zhì)塊構(gòu)成第1電介質(zhì)，在空隙內(nèi)存在的空氣構(gòu)成第2電介質(zhì)。
以上關(guān)于第1電介質(zhì)由介電陶瓷構(gòu)成、第2電介質(zhì)由空氣構(gòu)成的第1方案作了說明，接著，關(guān)于第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)均由介電陶瓷構(gòu)成的第2方案進(jìn)行說明。
在第2方案中，第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)均定為介電陶瓷。介電陶瓷其介電常數(shù)比Si和GaAs等的半導(dǎo)體技術(shù)中使用的電介質(zhì)、高分子材料、光固化樹脂大。因此，通過使第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)兩者為介電陶瓷，能夠得到小型且高強(qiáng)度的光子晶體。另外，通過適宜選擇兩陶瓷的種類以使得第1介電陶瓷和第2介電陶瓷的介電常數(shù)的比率變大大，能夠得到帶隙大的光子晶體。介電陶瓷在材料損耗小的方面也比半導(dǎo)體技術(shù)中使用的電介質(zhì)、高分子材料、光固化樹脂有利。
第2方案包含2個(gè)方案。第1個(gè)方案(第2-1方案)的特征在于，具備下述工序以規(guī)定圖案形成了在厚度方向貫通的孔的片狀第1復(fù)合電介質(zhì)及第2復(fù)合電介質(zhì)進(jìn)行層疊，得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊的工序；在空隙內(nèi)配置第2電介質(zhì)的工序。
也有這一方法在預(yù)先制作了電介質(zhì)塊之后，對(duì)電介質(zhì)塊穿孔使之形成規(guī)定圖案的空隙，但第2-1方案通過層疊穿孔了的復(fù)合電介質(zhì)，使電介質(zhì)塊周期地排列規(guī)定圖案的空隙。據(jù)此不需要特別復(fù)雜的工序就能夠用短時(shí)間在電介質(zhì)塊上形成規(guī)定圖案的空隙。另外，貫通孔既可以對(duì)每1片復(fù)合電介質(zhì)穿孔，又可以根據(jù)復(fù)合電介質(zhì)的厚度重疊多個(gè)片而穿孔。
另外，通過適宜選擇在復(fù)合電介質(zhì)上形成的孔的圖案，不僅能得到2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體，還能得到3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體。迄今為止知道，作為得到完全帶隙的2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體，通過在電介質(zhì)中呈三角形格子狀地配置空氣圓柱，得到完全帶隙，但由于電介質(zhì)的壁厚薄，因此制作困難。與之相對(duì)，如果層疊在易開孔的薄片上穿孔的復(fù)合電介質(zhì)，得到周期地排列規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊后，在電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充第2電介質(zhì)，則得到完全帶隙的2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體也能夠容易地得到。
另外，本發(fā)明在復(fù)合電介質(zhì)的層疊完了的時(shí)刻，也能使電介質(zhì)塊為規(guī)定圖案的空隙貫通表面和底面的電介質(zhì)塊。與在制作了電介質(zhì)塊之后，通過對(duì)電介質(zhì)塊實(shí)施干刻等從而形成規(guī)定圖案的空隙的方法比較，能夠短時(shí)間且高精度地形成規(guī)定圖案的空隙，在該點(diǎn)上本發(fā)明的方法是有利的。
在此，為使電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充第2電介質(zhì)，將第2電介質(zhì)制成料漿狀，將該料漿向電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充這一方法，在將填充工序簡(jiǎn)化和縮短時(shí)間方面是有效的。另外，第2電介質(zhì)作為粉末包含在料漿中。作為填充第2電介質(zhì)的方法，也提出了使電介質(zhì)外延結(jié)晶成長(zhǎng)的方法(參看特開2001-237616號(hào)公報(bào))，但能夠外延結(jié)晶成長(zhǎng)的電介質(zhì)的種類被自身地限定的同時(shí)，使電介質(zhì)外延結(jié)晶成長(zhǎng)到規(guī)定的厚度需要很多的時(shí)間。與之相對(duì)，根據(jù)制作含有第2電介質(zhì)的粉末料漿，并將該料漿向電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充時(shí)這一本發(fā)明方法，第2電介質(zhì)的選擇方案比采用外延結(jié)晶成長(zhǎng)的場(chǎng)合豐富，并且能夠以短時(shí)間結(jié)束向電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充第2電介質(zhì)的工序。
在向電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充料漿狀的第2電介質(zhì)時(shí)，優(yōu)選抽吸或加壓的方法。在此，希望相應(yīng)于料漿的填充方法及電介質(zhì)塊的空隙尺寸適宜設(shè)定含有第2電介質(zhì)的料漿(以下稱為“粉末料漿”)的粘度。例如在通過抽吸填充粉末料漿的場(chǎng)合，通過使粉末料漿為粘合劑少的，使粘度降低，能夠更加縮短填充工序需要的時(shí)間。
在向電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充料漿狀的第2電介質(zhì)之后，可同時(shí)燒成第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)。在此情況下，預(yù)先選擇第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)，使之滿足能夠同時(shí)燒成這一條件?？梢詫⑹固畛淞说?電介質(zhì)的電介質(zhì)塊干燥的成型體那樣原封不動(dòng)地作為光子晶體使用，但通過制成燒結(jié)體，機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)進(jìn)一步提高。
本發(fā)明的光子晶體的制造方法，優(yōu)選復(fù)合電介質(zhì)的厚度為1-800μm。通過使復(fù)合電介質(zhì)的厚度在該范圍，能夠使在復(fù)合電介質(zhì)上形成規(guī)定圖案的孔時(shí)的操作性良好。另外，當(dāng)片厚過厚時(shí)，孔的截面形狀易變得走形。若層疊孔的截面形狀走形的復(fù)合電介質(zhì)形成電介質(zhì)塊，則不能夠使電介質(zhì)塊中的空隙的圖案為過要求的圖案，最終得到具有所要求的帶隙的光子晶體變得困難。與之相對(duì)，通過使電介質(zhì)片的厚度為1-800μm，能夠使操作性良好，同時(shí)在電介質(zhì)塊中形成具有所要求的圖案的空隙。
如上述，以上的本發(fā)明的光子晶體的制造方法，對(duì)于制作具有2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合、和制作具有3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合都能適用。
下面，說明第2方案中的第2方案(第2-2方案)。第2-2方案的要旨是，層疊在同一面內(nèi)分別周期地配置了多個(gè)介電陶瓷的陶瓷復(fù)合體(復(fù)合電介質(zhì))。也就是說其特征在于，第1復(fù)合電介質(zhì)和第2復(fù)合電介質(zhì)通過在對(duì)應(yīng)于第1電介質(zhì)的部位配設(shè)構(gòu)成第1電介質(zhì)的第1陶瓷組合物，在對(duì)應(yīng)于第2電介質(zhì)的部位配設(shè)構(gòu)成第2電介質(zhì)的第2陶瓷組合物來制作。
在此，第1陶瓷組合物由粉末狀的第1介電陶瓷和分散介質(zhì)、粘合劑樹脂等的混合物構(gòu)成。同樣，第2陶瓷組合物由粉末狀的第2介電陶瓷和分散介質(zhì)、粘合劑樹脂等的混合物構(gòu)成。第1和第2陶瓷組合物的配設(shè)方法不特別限定，例如能夠使用印刷加工法分別在同一面內(nèi)配設(shè)兩組合物。
作為進(jìn)行第1陶瓷組合物的配設(shè)和第2陶瓷組合物的配設(shè)的方案，例如舉出在規(guī)定區(qū)域只配設(shè)第1陶瓷組合物之后，配設(shè)第2陶瓷組合物(或者其相反順序)的方案。或者也可以使用例如照相凹版印刷加工法等以1個(gè)印刷工序在規(guī)定區(qū)域印刷第1陶瓷組合物和第2陶瓷組合物。
以上的第2-2方案中，關(guān)于陶瓷復(fù)合體的層疊包含2個(gè)方案。
第1個(gè)方案是預(yù)先制作含有第1陶瓷組合物和第2陶瓷組合物的多個(gè)陶瓷復(fù)合體之后，層疊陶瓷復(fù)合體。
另外，第2個(gè)方案是首先在只配設(shè)第1陶瓷組合物之后，配設(shè)第2陶瓷組合物，據(jù)此制作陶瓷復(fù)合體。然后，在陶瓷復(fù)合體上配設(shè)第1陶瓷組合物(或者第2陶瓷組合物)，其后配設(shè)第2陶瓷組合物(或者第1陶瓷組合物)。通過重復(fù)該工序，層疊陶瓷復(fù)合體。
在本發(fā)明的光子晶體的制造方法中，可進(jìn)一步具備燒成陶瓷復(fù)合體的層疊體的工序。通過燒成陶瓷復(fù)合體的層疊體，第1陶瓷組合物中含有的第1介電陶瓷和第2陶瓷組合物中含有的第2介電陶瓷被同時(shí)燒成。所以，在實(shí)施燒成工序的場(chǎng)合，預(yù)先選擇第1介電陶瓷和第2介電陶瓷，使之滿足能夠同時(shí)燒成這一條件?？梢詫⑻沾蓮?fù)合體的層疊體原封不動(dòng)地作為光子晶體使用，但如上述那樣通過制成燒結(jié)體，機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)進(jìn)一步提高。
如上述，以上的本發(fā)明的光子晶體的制造方法，對(duì)于制作具有2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合、和制作具有3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合都能適用。
根據(jù)以上的第2-1方案或第2-2方案，能夠得到新型的光子晶體，該光子晶體是以規(guī)定周期配置塊狀的第1電介質(zhì)、和具有與該第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的圓柱狀的第2電介質(zhì)的光子晶體，第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)都由介電陶瓷構(gòu)成，第2電介質(zhì)由直徑2mm或以下的多個(gè)圓柱狀構(gòu)件構(gòu)成，第2電介質(zhì)每隔規(guī)定間隔地配置并使得貫通第1電介質(zhì)的表面和底面。


圖1是說明有關(guān)本發(fā)明的光子晶體的制造方法的圖。
圖2是表示第1實(shí)施方案中的光子晶體的立體圖。
圖3是表示在本發(fā)明中能使用的介電陶瓷的介電特性的圖表。
圖4是表示第2實(shí)施方案中的光子晶體的立體圖。
圖5是采用片加工法制作光子晶體的場(chǎng)合的流程框圖。
圖6是示意地表示圖5所示的電介質(zhì)塊制作工序的圖。
圖7是在制作具有2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體時(shí)使用的圖案的一例的平面圖。
圖8是采用片加工法制作光子晶體的場(chǎng)合的流程框圖。
圖9是采用印刷加工法制作光子晶體的場(chǎng)合的流程框圖。
圖10是示意地表示圖9所示的印刷工序的圖。
圖11是采用印刷加工法制作光子晶體的場(chǎng)合的流程框圖。
圖12是示意地表示圖11所示的陶瓷復(fù)合體制作工序的截面圖。
圖13是示意地表示圖11所示的層疊工序的圖。
圖14是采用印刷加工法制作光子晶體的場(chǎng)合的流程框圖。
圖15是示意地表示圖14所示的電介質(zhì)塊制作工序的圖。
圖16是采用印刷加工法制作光子晶體的場(chǎng)合的流程框圖。
圖17是示意地表示圖16所示的印刷工序的圖。
圖18是說明用于得到陶瓷復(fù)合體的變形例的圖。
圖19是由第1實(shí)施例得到的具有2維周期結(jié)構(gòu)的試樣1的照片。
圖20是表示由第1實(shí)施例得到的具有2維周期結(jié)構(gòu)的試樣1的反射及透射特性的測(cè)定結(jié)果的曲線圖。
圖21是作為具有3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體而為人知的Yablonovite的立體圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是說明本發(fā)明的光子晶體的制造方法的圖。如圖1所示，本發(fā)明的特征在于，通過將厚度薄的坯片(復(fù)合電介質(zhì)、片狀構(gòu)件)11層疊一體化，制作光子晶體100。光子晶體100具備由第1電介質(zhì)構(gòu)成的第1電介質(zhì)部1、和由第2電介質(zhì)構(gòu)成的第2電介質(zhì)部2。
本發(fā)明包括使第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)的任1方為介電陶瓷，使另一方為空氣的方案(以下稱為“第1方案”)、和使第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)兩者為介電陶瓷的方案(以下稱為“第2方案”)。
以下順序說明光子晶體100的結(jié)構(gòu)以及光子晶體100的制法。
<光子晶體的結(jié)構(gòu)>
圖2是表示第1實(shí)施方案中的光子晶體的立體圖。
光子晶體100具備第1電介質(zhì)部1、和第2電介質(zhì)部2。該光子晶體100具備2維周期結(jié)構(gòu)，第2電介質(zhì)部2被配置使得貫通光子晶體100的表面和底面。
第1實(shí)施方案中的光子晶體100，介電陶瓷構(gòu)成第1電介質(zhì)部1，作為電介質(zhì)的空氣構(gòu)成第2電介質(zhì)部2。
構(gòu)成第1電介質(zhì)部1的介電陶瓷，由于介電常數(shù)比Si和GaAs等的半導(dǎo)體技術(shù)中使用的電介質(zhì)、高分子材料、光固化樹脂更大，因此使元件小型化變得可能。電介質(zhì)內(nèi)的波長(zhǎng)與介電常數(shù)的平方根成反比例，越是介電常數(shù)大的材料，縮短波長(zhǎng)效果越大，對(duì)元件的小型化有利。
另一方面，構(gòu)成第2電介質(zhì)部2的空氣有損耗小的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于空氣的介電常數(shù)是1，因此通過使用空氣作為第2電介質(zhì)，能夠使第1電介質(zhì)部1的介電常數(shù)與第2電介質(zhì)部2的介電常數(shù)的比率大。第1電介質(zhì)部1的介電常數(shù)與第2電介質(zhì)部2的介電常數(shù)的比率越大，越能夠形成寬帶的帶隙。
這樣，通過使用介電陶瓷作為第1電介質(zhì)，使用空氣作為第2電介質(zhì)，能夠形成寬帶的帶隙，能夠得到低損耗和對(duì)元件的小型化有利的光子晶體100。
在第1實(shí)施方案中的光子晶體100中，作為第2電介質(zhì)的空氣存在于直徑2mm或以下的圓柱狀空隙中。詳細(xì)情況后述，在本發(fā)明中，由于以規(guī)定圖案形成了在厚度方向貫通的孔的陶瓷組成體層疊制作光子晶體100，因此使光子晶體100中形成直徑2mm或以下的微細(xì)空隙變得可能。為提高光子晶體100的強(qiáng)度，將配置第2電介質(zhì)的空隙的尺寸、也就是第2電介質(zhì)部2的尺寸微細(xì)化是有效的。
可根據(jù)光子晶體100所要求的特性適宜設(shè)定配置第2電介質(zhì)的空隙的配置、尺寸、形狀等。所以，能夠使配置第2電介質(zhì)的空隙的尺寸為超過直徑2mm的尺寸，當(dāng)然也能夠使空隙不是圓柱狀而是長(zhǎng)方體狀。
作為第1電介質(zhì)的介電陶瓷根據(jù)光子晶體100所要求的特性適宜選擇。
如上述，由于第1電介質(zhì)的介電常數(shù)與第2電介質(zhì)的介電常數(shù)的比率越大，越能夠形成寬帶的帶隙，因此作為介電陶瓷優(yōu)選介電常數(shù)高的。優(yōu)選的介電常數(shù)的比率依賴于最終要得到的光子晶體100的特性等。
另外，在使用的頻帶中材料損耗少的介電陶瓷作為第1電介質(zhì)是所希望的。在使用介電陶瓷制作光子晶體100的場(chǎng)合，根據(jù)光子晶體100的用途，起因于那些物質(zhì)的材料損耗不能忽視。通過使用損耗大致為零不需要考慮損耗的空氣、和損耗少的介電陶瓷構(gòu)成光子晶體100，能夠使使用了光子晶體100的元件成為更加低損耗的元件。
作為介電陶瓷能夠使用Al2O3系陶瓷、TiO2系陶瓷、MgTiO3系陶瓷、CaTiO3系陶瓷、SrTiO3系陶瓷、CaZrO3系陶瓷、BaZrO3系陶瓷、MgTiO3-CaTiO3系陶瓷、(Zr，Sn)TiO4系陶瓷、BaTi4O9系陶瓷、Ba2Ti9O20系陶瓷、La2Ti2O7系陶瓷、Nd2Ti2O7系陶瓷、BaO-TiO2-稀土類系陶瓷、Ba(Mg1/3Nb2/3)3系陶瓷、Ba(Mg1/3Ta2/3)3系陶瓷、Ba(Zn1/3Ta2/3)3系陶瓷、Ba(Zn1/3Ta2/3)3系陶瓷、CaTO3-NdAlO3系陶瓷、(Ba，Pb)Nd2Ti4O12系陶瓷、(Ba，Pb)(Nd，Bi)2Ti4O12系陶瓷、SiO2系陶瓷、玻璃復(fù)合材料等。這些材料可單獨(dú)使用、或者使用混合2種或以上。
在此，所謂Al2O3系陶瓷是在組成上只含有Al2O3的體系、或者在Al2O3中含有其他少量的添加物的體系，意指保持著作為主成分的Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷。關(guān)于其他體系的陶瓷也同樣。
上述的介電陶瓷之中，將代表性的陶瓷的介電常數(shù)、Q·f(Q值和頻率之積)、τf(共振頻率的溫度系數(shù))表示在圖3中。圖3所示的陶瓷之中，特別優(yōu)選介電常數(shù)高、低損耗、且溫度特性也優(yōu)異的BaO-TiO2- 稀土類系陶瓷、(Ba，Pb)Nd2Ti4O12系陶瓷、(Ba，Pb)(Nd，Bi)2Ti4O12系陶瓷。
<光子晶體的結(jié)構(gòu)>
圖4是表示第2實(shí)施方案中的光子晶體的立體圖。
如圖4所示，光子晶體100A具備第1電介質(zhì)部1A、和第2電介質(zhì)部2A。第1電介質(zhì)部1A由第1介電陶瓷構(gòu)成，而第2電介質(zhì)部2A由第2介電陶瓷構(gòu)成，該光子晶體100A具備2維周期結(jié)構(gòu)，第2電介質(zhì)部2A貫通光子晶體100A的表面和底面。
第2實(shí)施方案中的光子晶體100A，其特征在于，作為第1電介質(zhì)部1A和第2電介質(zhì)部2A均使用介電陶瓷。這樣，通過使用2種的介電陶瓷，能夠得到高強(qiáng)度且高特性的光子晶體100A，并且使元件小型化變得可能。
第1介電陶瓷和第2介電陶瓷根據(jù)光子晶體100A所要求的特性，例如從鈦酸鋇系陶瓷、鈦酸鉛系陶瓷、鈦酸鍶系陶瓷、二氧化鈦系陶瓷、鋇·釹·鈦系陶瓷、氧化鋁系陶瓷、二氧化硅系陶瓷、玻璃復(fù)合材料等之中適宜選擇。
以下表示出第1介電陶瓷和第2介電陶瓷的選擇基準(zhǔn)。
<第1選擇基準(zhǔn)>
第1介電陶瓷的介電常數(shù)、與第2介電陶瓷的介電常數(shù)的比率越大，越能夠形成寬帶的帶隙。所以，分別選擇第1介電陶瓷和第2介電陶瓷使第1介電陶瓷的介電常數(shù)、與第2介電陶瓷的介電常數(shù)的比率變大。
一般地，高頻用介電陶瓷的介電常數(shù)是3-100左右，因此作為第1介電陶瓷選擇介電常數(shù)低的陶瓷的場(chǎng)合，通過選擇介電常數(shù)高的陶瓷作為第2介電陶瓷，能夠形成寬帶的帶隙。相反，也可以通過使第1介電陶瓷為介電常數(shù)高的陶瓷，使第2介電陶瓷為介電常數(shù)低的陶瓷，從而增大介電常數(shù)的比率，形成寬帶的帶隙。
優(yōu)選的介電常數(shù)的比率依賴于最終要得到的光子晶體100A的特性等。
<第2選擇基準(zhǔn)>
作為第1介電陶瓷和第2介電陶瓷，選擇在使用的頻帶中材料損耗少的介電陶瓷。在使用多個(gè)介電陶瓷制作光子晶體100A的場(chǎng)合，根據(jù)光子晶體100A的用途，起因于那些物質(zhì)的材料損耗不能忽視。通過使用損耗少的介電陶瓷構(gòu)成光子晶體100A，能夠使使用了光子晶體100A的元件成為損耗低的元件。
<第3選擇基準(zhǔn)>
詳細(xì)情況后述，本實(shí)施方案中的光子晶體100A，第1電介質(zhì)部1A和第2電介質(zhì)部2A被同時(shí)燒成。所以，作為第1介電陶瓷和第2介電陶瓷，選擇能同時(shí)燒成的陶瓷，具體地選擇能取得熱收縮的匹配的陶瓷。是否能取得熱收縮的匹配，采用在同一溫度下燒成時(shí)的收縮率等判斷即可。
基于以上的選擇基準(zhǔn)選擇第1介電陶瓷和第2介電陶瓷。在本實(shí)施方案中，使用介電常數(shù)低的介電陶瓷作為第1介電陶瓷，另一方面使用介電常數(shù)高的介電陶瓷作為第2介電陶瓷，并使第1介電陶瓷及第2介電陶瓷的介電常數(shù)的比率大，從而制作光子晶體100A，以這種場(chǎng)合為例進(jìn)行以下說明。
作為構(gòu)成第1電介質(zhì)部1A的第1介電陶瓷，使用介電常數(shù)低的陶瓷材料和玻璃復(fù)合材料等。具體地講，作為第1介電陶瓷，能夠使用BaO-SiO2-Al2O3-B2O3系陶瓷和SiO2系陶瓷、B2O3系陶瓷、2MgO-SiO2系陶瓷、Al2O3系陶瓷、Al2O3-TiO2系陶瓷、ZrO2系陶瓷等。這些陶瓷由于介電常數(shù)低達(dá)2-20左右，且介電損耗低，因此優(yōu)選作為第1介電陶瓷。
作為構(gòu)成第2電介質(zhì)部2A的第2介電陶瓷，使用介電常數(shù)高的陶瓷材料和玻璃復(fù)合材料等。具體地講，作為第2介電陶瓷，能夠使用BaO-Nd2O3-TiO2-B2O3-ZnO2-CuO系陶瓷和Al2O3-TiO2系陶瓷、TiO2系陶瓷、BaO-Bi2O3-Nd2O3-TiO2系陶瓷、BaO-Bi2O3-Nd2O3-TiO2-SrTiO3系陶瓷、BaO-PbO-Nd2O3-TiO2系陶瓷、BaNd2Ti5O14系陶瓷、BaSm2Ti5O14系陶瓷、Ba(Zn，Nb)O3系陶瓷、BaTi4O9系陶瓷、Ba2Ti9O20系陶瓷、(Zr，Sn)TiO4系陶瓷、Ba(Zn，Ta)O3系陶瓷、Ba(Mg，Ta)O3系陶瓷、MgTiO3-CaTiO3系陶瓷等。這些陶瓷由于介電常數(shù)高達(dá)5-200左右，且介電損耗低，因此適宜作為第2介電陶瓷。
在此，以下示出第1介電陶瓷和第2介電陶瓷的優(yōu)選組合。
<組合1>
第1介電陶瓷BaO-SiO2-Al2O3-B2O3系介電陶瓷(介電常數(shù)6.4)第2介電陶瓷
BaO-Nd2O3-TiO2-B2O3-ZnO2-CuO系介電陶瓷(介電常數(shù)75.4)<組合2>
第1介電陶瓷SiO2-B2O3-Al2O3系介電陶瓷(介電常數(shù)4.7)第2介電陶瓷TiO2-BaO-Nd2O3-玻璃系介電陶瓷(介電常數(shù)22)在上述組合中，特別優(yōu)選介電常數(shù)ε為6.4的BaO-SiO2-Al2O3-B2O3系介電陶瓷、與介電常數(shù)為75.4的BaO-Nd2O3-TiO2-B2O3-ZnO2-CuO系介電陶瓷的組合。該組合由于介電常數(shù)的比率大，為約11.8，而且能取得熱收縮的匹配，因此同時(shí)燒成是可能的。
但是，在使用2種的電介質(zhì)材料制作光子晶體的場(chǎng)合，大多使電介質(zhì)材料之中的一方為空氣，與之相對(duì)，第2實(shí)施方案中的光子晶體100A，由于使用多種類的介電陶瓷、即第1介電陶瓷和第2介電陶瓷構(gòu)成光子晶體100A，因此能使制品的強(qiáng)度提高。
以上關(guān)于使用介電陶瓷和空氣的光子晶體100、以及使用2種類的介電陶瓷的光子晶體100A進(jìn)行了詳細(xì)敘述。光子晶體100、100A的尺寸均需要根據(jù)使用的頻率決定。例如在K帶(18-26.5GHz)下為4-5周期的周期結(jié)構(gòu)時(shí)，第1實(shí)施方案和第2實(shí)施方案中的光子晶體100、100A的尺寸是8～12mm×2～6mm×16～20mm左右。這里的“周期”表示配置第2電介質(zhì)2(或者第2電介質(zhì)部2A)的周期。
第1實(shí)施方案和第2實(shí)施方案中的光子晶體100、100A特別是在微波-亞毫米波段具有帶隙，優(yōu)選用作為波導(dǎo)路、濾波器、諧振器、分波器等。
下面說明光子晶體100、100A的制造方法。
最初，使用所謂的片加工法形成電介質(zhì)塊，得到光子晶體100，將該例作為第1手法示出。詳細(xì)情況后述，在第1手法中，表示出下述例子在預(yù)先制作的介電陶瓷片上以規(guī)定圖案形成在厚度方向貫通的孔，通過層疊該穿孔了的介電陶瓷片，形成形成了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊。
圖5是表示圖2所示的光子晶體100的制造方法的一例的流程框圖。另外，圖6是示意地表示圖5中所示的電介質(zhì)塊制作工序的圖。
如圖5所示，第1手法包括將介電陶瓷粉末及樹脂等混合并片材化的片制作工序、在由片制作工序得到的片上按規(guī)定圖案穿出在厚度方向貫通的孔的片穿孔工序、層疊按規(guī)定圖案穿孔了的片得到電介質(zhì)塊的片層疊工序、將電介質(zhì)塊切成規(guī)定形狀的切取工序、將切成規(guī)定形狀的成型體燒成的燒成工序。
在第1手法中，通過經(jīng)由片制作工序、片穿孔工序、片層疊工序，制作含有第1電介質(zhì)的電介質(zhì)塊。所以，總稱片制作工序、片穿孔工序及片層疊工序，適宜地稱為“電介質(zhì)塊制作工序”。另外，通過經(jīng)由電介質(zhì)塊制作工序，作為第2電介質(zhì)的空氣被配置在含有第1電介質(zhì)的電介質(zhì)塊中。
以下詳述圖5所示的各工序。
<片制作工序>
在片制作工序中，首先用球磨機(jī)或擂潰機(jī)等混合介電陶瓷粉末、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)得到料漿。介電陶瓷粉末的平均粒徑為0.1-20μm左右即可。通過使用平均粒徑為0.1-20μm左右的介電陶瓷粉末，能進(jìn)行高密度成型，同時(shí)能夠抑制粉末聚集，能夠穩(wěn)定地形成周期結(jié)構(gòu)。介電陶瓷粉末的優(yōu)選平均粒徑為0.5-10μm，更優(yōu)選的平均粒徑為0.5-5μm。
作為粘合劑樹脂可使用丙烯酸系樹脂、丁縮醛系樹脂、乙基纖維素系樹脂等。另外，作為分散介質(zhì)可使用丙酮、甲苯、甲乙酮、乙醇等各種有機(jī)溶劑。介電陶瓷粉末、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)的比率，分別用vol％表示，為10～40∶5～20∶40～85左右即可。
根據(jù)需要可進(jìn)一步添加烯烴馬來酸共聚物和油酸等分散劑。在添加分散劑的場(chǎng)合，其添加量相對(duì)于介電陶瓷為0.1-5wt％左右即可。
使用刮刀涂法等在薄膜(例如PET薄膜)上涂布這樣得到的料漿，使之干燥，得到圖6(a)所示的坯片11。
在坯片11上經(jīng)后述的片穿孔工序按規(guī)定圖案穿出在厚度方向貫通的孔。當(dāng)坯片11的厚度過厚時(shí)，貫通坯片11的孔的截面形狀走形。具體講，片上面的孔徑和片下面的孔徑不同，易變成臺(tái)形狀。當(dāng)層疊孔的截面形狀走形的坯片11并熱壓接時(shí)，電介質(zhì)塊內(nèi)的空隙形狀也走形，不能形成所要求的圖案，最終得到具有所要求的帶隙的光子晶體100變得困難，因此不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)坯片11的厚度過薄時(shí)，坯片11的強(qiáng)度低，操作難。所以，坯片11的厚度在1-800μm、更優(yōu)選10-500μm、進(jìn)一步優(yōu)選20-200μm的范圍適宜選擇即可。但是，優(yōu)選的片厚也依賴于穿孔方法，需要根據(jù)穿孔方法適宜設(shè)定。
<片穿孔工序>
如圖6(b)所示，在片穿孔工序中，在由片制作工序得到的坯片11上按規(guī)定圖案穿出在厚度方向貫通的孔h。該圖案根據(jù)最終要得到的光子晶體是2維周期結(jié)構(gòu)的、或是3維周期結(jié)構(gòu)的等適宜決定。例如在要得到圖2所示的2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100的場(chǎng)合，準(zhǔn)備具有圖7所示的圖案的穿孔機(jī)即可。通過使用這樣的穿孔機(jī)，能夠以1道工序在坯片11上穿出多個(gè)孔h。根據(jù)坯片11的厚度，也可以重疊多片坯片11進(jìn)行穿孔。另外，使用具有圖7所示的圖案的穿孔機(jī)不是必須的要件，也可以使用一孔的穿孔機(jī)對(duì)坯片11穿孔。
為得到按規(guī)定圖案穿孔了的坯片11，除了穿孔外，還能適用鉆孔、激光照射等方法。
在此，孔h的大小根據(jù)最終要得到的光子晶體100的特性等適宜設(shè)定。通過用上述的穿孔等的方法對(duì)坯片11、也就是片狀構(gòu)件穿出孔h，與用干刻等方法對(duì)塊狀構(gòu)件穿孔的過去情況比，能夠使坯片11形成更微細(xì)的穿孔圖案。
另外，經(jīng)片穿孔工序穿孔的孔h的尺寸考慮燒成時(shí)的收縮率決定。例如在要得到燒成后形成直徑1mm的空隙的光子晶體100的場(chǎng)合，在片穿孔工序中，穿出1.1-1.3mm左右的孔h即可。假定燒成前的電介質(zhì)塊13具有50-60％左右的相對(duì)密度，其通過燒成達(dá)到100％的密度，則其線收縮率為15.7-20.6％。在該場(chǎng)合，當(dāng)要得到燒成后形成直徑1mm的空隙的光子晶體100時(shí)，在片穿孔工序中，穿出1.19-1.26mm左右的孔h即可。
另外，在最終要得到3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合，將3維結(jié)構(gòu)考慮為多個(gè)薄層的層疊體，關(guān)于各坯片1穿孔成為與各個(gè)層相當(dāng)?shù)男螤罴纯伞４┛追椒ㄅc制作2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100的場(chǎng)合相同。
<片層疊工序>
如圖6(c)所示，在片層疊工序中，層疊以規(guī)定圖案穿出孔h的坯片11并熱壓接。該熱壓接可以每層疊1片坯片11就進(jìn)行，也可以層疊多個(gè)片后進(jìn)行。通過坯片11的層疊和熱壓接，最終得到圖6(d)所示的形成了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊13。也就是說，熱壓接為了將坯片11一體化而進(jìn)行。
熱壓接時(shí)的加熱溫度依賴于在制作坯片11時(shí)使用的樹脂成分。例如在用于片制作的樹脂是丙烯酸樹脂的場(chǎng)合，加熱溫度設(shè)定在70-90℃即可。另外，壓力根據(jù)片厚度適宜設(shè)定即可，但優(yōu)選設(shè)定在20-80kgf/cm2左右。當(dāng)溫度太過高時(shí)，或者壓力過高時(shí)，在坯片11上形成的孔h的形狀顯著變化，電介質(zhì)塊13中的空隙被擠壞。當(dāng)電介質(zhì)塊13中的空隙被擠壞時(shí)，最終得到具有所要求的圖案的光子晶體100變得困難。另一方面，當(dāng)溫度過低時(shí)，或者壓力過低時(shí)，坯片11彼此的結(jié)合不充分，發(fā)生剝離。在坯片11彼此的結(jié)合不充分的場(chǎng)合，在燒成后產(chǎn)生脫層或裂紋，仍然難以最終得到具有所要求的圖案的光子晶體100。
在層疊形成了孔h的坯片11而得到的電介質(zhì)塊13上形成了規(guī)定圖案的空隙。在圖6(d)的例子中，以貫通電介質(zhì)塊13的表面和底面的方式形成了大量圓柱狀的空隙。
在圖6(d)中，表示出坯片11的層疊數(shù)為6片的例子，但層疊數(shù)不特別限定，根據(jù)最終要得到的光子晶體100的尺寸及坯片11的厚度適宜決定。
如以上那樣通過經(jīng)由片制作工序、片穿孔工序、片層疊工序得到了電介質(zhì)塊13。
<切取工序>
在切取工序中，根據(jù)最終得到的光子晶體100的用途將電介質(zhì)塊13切成規(guī)定形狀(將切成規(guī)定形狀后的電介質(zhì)塊13稱為“成型體”)。
<去粘合劑處理>
由于在與坯片11相當(dāng)?shù)牟糠种泻休^多的樹脂成分，因此在燒成工序之前預(yù)先對(duì)成型體進(jìn)行去粘合劑處理。去粘合劑處理在通常的條件、也就是能分解粘合劑、頸脹(ネツクグロス)未開始的條件下進(jìn)行即可。例如在大氣中、升溫速度30-120℃/小時(shí)、保持溫度400-600℃、保持時(shí)間0-2小時(shí)下進(jìn)行去粘合劑處理。
可以將在進(jìn)行了去粘合劑處理后得到的成型體原封不動(dòng)地作為光子晶體100使用。成型體中的介電陶瓷構(gòu)成第1電介質(zhì)部1，另一方面，在第1電介質(zhì)部1中的規(guī)定圖案的空隙內(nèi)存在的空氣構(gòu)成第2電介質(zhì)部2。
進(jìn)行以下所示的燒成工序，通過燒成成型體，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)進(jìn)一步提高的光子晶體100。
<燒成工序>
進(jìn)行了去粘合劑處理后，進(jìn)行燒成工序。在燒成工序中，將成型體加熱保持在規(guī)定的氣氛溫度。
燒成條件根據(jù)介電陶瓷的種類等適宜設(shè)定。例如在大氣中、升溫速度300-1200℃/小時(shí)、保持溫度800-1000℃、保持時(shí)間0.1-3小時(shí)下燒成。
如以上詳述，在第1手法中，以規(guī)定圖案在坯片11上穿出在厚度方向貫通的孔h，通過層疊穿出了規(guī)定圖案的孔h的坯片11，得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊13。根據(jù)不需要復(fù)雜工序的第1手法的光子晶體100的制造方法，能夠簡(jiǎn)易且用短時(shí)間制作光子晶體100。所以，第1手法的光子晶體100的制造方法，其批量生產(chǎn)性優(yōu)異。
第1手法由于使用介電常數(shù)比其他電介質(zhì)材料高的介電陶瓷制作光子晶體100，因此能夠減小元件尺寸。此外，由于使用介電常數(shù)高的介電陶瓷、和介電常數(shù)為1的空氣制作光子晶體100，因此能夠增大兩電介質(zhì)的介電常數(shù)的比率，能夠得到寬帶的帶隙。
采用了片層疊加工法的第1手法，能夠容易地得到微細(xì)的孔h貫通其表面和底面的光子晶體100。關(guān)于各個(gè)坯片11示出了穿孔圖案相同的例子，但每個(gè)片分別適宜變更穿孔圖案當(dāng)然也是可以的。例如在制作3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合，每個(gè)片分別適宜變更坯片11的穿孔圖案即可。例如，在采用第1手法制作圖21所示的Yablonovite的場(chǎng)合，每個(gè)片適宜變更以三角形格子狀地配置在厚度方向貫通的孔h這一穿孔圖案即可。這樣，采用片層疊加工法的第1手法，通過適宜選擇圖案的形狀，能夠得到具備所要求的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100，因此周期結(jié)構(gòu)的自由度也高。
下面，將使用所謂的片加工法形成電介質(zhì)塊13，得到光子晶體100A的例子作為第2手法示出。
圖8是表示圖4所示的光子晶體100A的制造方法的一例的流程框圖。
如圖8所示，第2手法在與第1手法相同的條件下制作電介質(zhì)塊13。通過在該電介質(zhì)塊13的空隙內(nèi)填充含有粉末狀的第2介電陶瓷的粉末料漿，制作周期地排列了第1介電陶瓷和第2介電陶瓷的光子晶體100A。
通過經(jīng)由粉末料漿填充工序及干燥工序，含有第2介電陶瓷的粉末料漿變成第2電介質(zhì)部2A。
以下詳述第2手法的特征部分。
首先說明先于粉末料漿填充工序進(jìn)行的粉末料漿制作工序。
<粉末料漿制作工序>
在粉末料漿制作工序中，用擂潰機(jī)等混合第2介電陶瓷、分散介質(zhì)及分散劑，制作具有規(guī)定粘度的粉末料漿。通過使粉末料漿為粘合劑少、具體講不添加粘合劑樹脂的粉末料漿，能夠防止粉末料漿的粘度過于變成高粘度。
作為第2介電陶瓷可使用上述的介電常數(shù)高的介電陶瓷。
基于與第1介電陶瓷相同的理由，第2介電陶瓷的平均粒徑為0.1-20μm左右即可。第2介電陶瓷的優(yōu)選平均粒徑為0.5-10μm，更優(yōu)選的平均粒徑為0.5-5μm。
在燒成時(shí)為了使第1介電陶瓷和第2介電陶瓷的行為一致，優(yōu)選使第1介電陶瓷的尺寸和第2介電陶瓷的尺寸大致相同。
作為分散介質(zhì)，可使用萜品醇、丁基卡必醇等。通過適宜選擇分散介質(zhì)的種類和量，能夠調(diào)整粉末料漿的粘度。例如，由于丁基卡必醇的粘度低，而萜品醇的粘度高，因此通過以適當(dāng)?shù)谋嚷驶旌蟽烧咧瞥煞稚⒔橘|(zhì)，能夠適宜調(diào)整粉末料漿的粘度。
粉末料漿中的粉體濃度設(shè)定成與電介質(zhì)塊13中的粉體密度相同。在上述條件下制作電介質(zhì)塊13的場(chǎng)合，第2介電陶瓷和分散介質(zhì)的比率用vol％表示為40-55∶45-60左右，優(yōu)選為45-55∶45-55左右。但是，粉末料漿的粘度需要根據(jù)形成于坯片11的孔h的尺寸適宜設(shè)定。另外，也考慮干燥工序中的干燥收縮來設(shè)定粉末料漿的粘度。
另外，根據(jù)需要能進(jìn)一步添加油酸等分散劑。在添加分散劑的場(chǎng)合，其添加量相對(duì)于第2介電陶瓷為0.2-5wt％左右即可。分散劑的種類不特別限定，但從在降低粉末料漿粘度上有效這一理由考慮，優(yōu)選烯烴馬來酸共聚物。作為分散劑選擇烯烴馬來酸共聚物的場(chǎng)合的添加量，相對(duì)于第2介電陶瓷為0.2-5wt％左右。
如上述，通過使粉末料漿為粘合劑少的，能夠使粉末料漿粘度在低水平，具體地講，能使其為適合后述的料漿填充工序的低粘度。但是，也可以根據(jù)形成于坯片11的孔h的孔徑和料漿的填充方法適宜添加樹脂成分(例如乙基纖維素)來調(diào)整粉末料漿的粘度。
<粉末料漿填充工序>
在粉末料漿填充工序中，在電介質(zhì)塊13的空隙內(nèi)填充粉末料漿。粉末料漿制作工序在粉末料漿填充工序之前進(jìn)行即可，未必需要在與片制作工序相同的階段進(jìn)行。
作為粉末料漿的填充方法優(yōu)選抽吸。通過抽吸在電介質(zhì)塊13的空隙內(nèi)填充粉末料漿時(shí)，首先在金屬、陶瓷、聚四氟乙烯(商標(biāo)名特富隆)等的多孔抽吸板上載置電介質(zhì)塊13。接著，在電介質(zhì)塊13上部、也就是在電介質(zhì)塊13中未與抽吸板接觸的一側(cè)，充分放置含有第2介電陶瓷的粉末料漿。使用泵從抽吸板的下方抽吸粉末料漿。據(jù)此能夠在電介質(zhì)塊13中的空隙內(nèi)致密地填充粉末料漿。抽吸完成后，用刮墨輥等去除殘存在電介質(zhì)塊13上部的粉末料漿。
粉末料漿的粘度根據(jù)電介質(zhì)塊13的空隙大小適宜設(shè)定。當(dāng)粘度過高時(shí)，粉末料漿的抽吸難，而當(dāng)粘度過低時(shí)，在成型體、也就是通過干燥填充了粉末料漿的電介質(zhì)塊13而得到的成型體上易發(fā)生氣孔。所以在能夠效率好地向電介質(zhì)塊13的空隙內(nèi)填充粉末料漿的程度下設(shè)定粉末料漿粘度。
作為粉末料漿的填充方法，在抽吸之外還優(yōu)選加壓的填充方法。為采用加壓的填充方法，首先在電介質(zhì)塊13上部充分放置粉末料漿。使用空氣壓和橡膠滾涂布等的方法施加壓力，在電介質(zhì)塊13的空隙內(nèi)填充粉末料漿即可。
<干燥工序>
在于燥工序中，通過干燥填充了粉末料漿的電介質(zhì)塊13，得到成型體。干燥方法不特別限定，自然干燥、加熱干燥都可以。
干燥后得到的成型體的密度不充分高的場(chǎng)合，也可以在干燥工序后進(jìn)行熱壓。但是，第1電介質(zhì)部1A和第2電介質(zhì)部2A的彈性行為不同的場(chǎng)合，通過熱壓兩材質(zhì)間發(fā)生應(yīng)力，有時(shí)成型體發(fā)生裂紋。所以在進(jìn)行熱壓時(shí)，需要進(jìn)行材料的選擇等以使得第1電介質(zhì)部1A和第2電介質(zhì)部2A具有同等的彈性行為。例如在制作粉末料漿時(shí)，通過含有規(guī)定量的在制作坯片11時(shí)使用的粘合劑樹脂，能夠使第1電介質(zhì)部1A和第2電介質(zhì)部2A的彈性行為一致。
<切取工序>
在切取工序中，根據(jù)最終得到的光子晶體100A的用途將電介質(zhì)塊13切成規(guī)定形狀。
在干燥工序后進(jìn)行的去粘合劑處理也與在第1手法的內(nèi)容中詳述內(nèi)容一樣。通過經(jīng)由去粘合劑處理，成型體中的第1介電陶瓷和第2介電陶瓷分別構(gòu)成第1電介質(zhì)部1A、第2電介質(zhì)部2A。
可以將進(jìn)行了干燥和去粘合劑處理后得到的成型體原封不動(dòng)地作為光子晶體100A使用，但通過將成型體制成燒結(jié)體，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)進(jìn)一步提高了的光子晶體100A。燒成工序也在第1手法中表示出的條件下進(jìn)行即可。
在燒成工序中，成型體中的第1介電陶瓷和第2介電陶瓷被同時(shí)燒成。所以，需要使兩材質(zhì)、也就是構(gòu)成第1電介質(zhì)部1A的材質(zhì)(第1介電陶瓷)和構(gòu)成第2電介質(zhì)部2A的材質(zhì)(第2介電陶瓷)的燒成行為充分匹配。假如兩材質(zhì)的燒成行為不同，則在第1電介質(zhì)部1A和第2電介質(zhì)部2A之間發(fā)生應(yīng)力，有時(shí)成為光子晶體100A的燒結(jié)體發(fā)生裂紋。
層疊涂布了電介質(zhì)膏(漿糊)的片，采用燒成該層疊體的所謂的印刷法也能夠同時(shí)燒成。但是，根據(jù)該印刷法，由于電介質(zhì)膏存在于片上，因此不能得到形成了在層疊方向(Z方向)連續(xù)的圖案的光子晶體。與之相對(duì)，第2手法由于采用向具有在層疊方向連續(xù)的空隙的電介質(zhì)塊13填充粉末料漿這一新型手法，因此能夠得到形成了在層疊方向連續(xù)的圖案的光子晶體A。也就是說，根據(jù)采用第2手法制造光子晶體A的方法，周期結(jié)構(gòu)的自由度比印刷法高。
另外，在印刷法的情況下，根據(jù)電介質(zhì)膏的厚度層疊凹凸激烈的片彼此。因此，起因于片上形成的凹凸，存在層疊困難(形狀的保持困難)、在燒成時(shí)或燒成后燒結(jié)體易發(fā)生裂紋、片彼此在燒成后易剝離這些問題。要使起因于片上形成的凹凸的問題降至最小限度，電介質(zhì)膏的厚度被限定，這最終招致光子晶體的周期結(jié)構(gòu)的自由度降低。與此相對(duì)，第2手法通過層疊預(yù)先形成了孔h的坯片11，使得在電介質(zhì)塊13中形成規(guī)定圖案的空隙，因此在燒成時(shí)或燒成后燒結(jié)體不易發(fā)生裂紋，片彼此在燒成后易剝離的問題也難發(fā)生。所以，根據(jù)第2手法能夠得到高強(qiáng)度且可靠性高的光子晶體100A。
以上詳述了第2手法。由于工序數(shù)少，且也不需要復(fù)雜的工序，因此根據(jù)第2手法能夠簡(jiǎn)易且用短時(shí)間制作光子晶體100A。所以，第2手法也在批量生產(chǎn)性上優(yōu)異。
另外，根據(jù)使用2種類的介電陶瓷的第2手法，能夠得到高強(qiáng)度且顯示寬帶的帶隙的光子晶體100A。
第1手法和第2手法通過在坯片11、也就是片狀構(gòu)件上以規(guī)定圖案穿出在厚度方向貫通的孔h，并層疊該穿孔了的坯片11，得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊13。在薄的坯片11上穿孔比在具有某種程度的厚度的塊狀構(gòu)件上穿孔容易，且能夠形成微細(xì)的穿孔圖案(例如直徑2mm或以下，進(jìn)一步為直徑0.1-1.5mm左右)。通過層疊形成了這樣的微細(xì)的穿孔圖案的坯片11，也能夠得到過去法難以得到的具有微細(xì)圖案的新型的光子晶體100。
圖2及圖4顯示了所謂的具有蜂窩結(jié)構(gòu)的圖案的光子晶體100、100A，但通過變更坯片11的穿孔圖案，也能夠得到具有其他的結(jié)構(gòu)圖案的光子晶體100、100A。
另外，在上述的片穿孔工序中表示了在坯片11上一次地形成多個(gè)孔h的例子，但在對(duì)應(yīng)于少量多品種的場(chǎng)合，對(duì)應(yīng)于孔的圖案控制穿孔機(jī)的動(dòng)作，也能夠各穿出一孔。在改變孔的尺寸時(shí)，可準(zhǔn)備孔徑不同的多個(gè)穿孔機(jī)，用計(jì)算機(jī)選定使用的穿孔機(jī)。
這樣，通過采用計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行片穿孔，基本不需要與圖案變更相伴的成本和時(shí)間，就能夠制作對(duì)應(yīng)于少量多品種的光子晶體100、100A。
此外，在第2手法中示出了使用第1介電陶瓷和第2介電陶瓷制作光子晶體100A的例子，但進(jìn)一步使用第3電介質(zhì)也能夠制作光子晶體。這樣，通過進(jìn)一步使用第3電介質(zhì)制作光子晶體，能夠得到具備新的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體。在此，第3電介質(zhì)可以是空氣，還可以是第3介電陶瓷。在第3電介質(zhì)為第3介電陶瓷的場(chǎng)合，例如在電介質(zhì)塊13的一部分空隙中填充含有第2介電陶瓷的粉末料漿，在剩余的空隙中填充含有第3介電陶瓷的粉末料漿即可。
<第3手法>
將使用所謂的印刷加工法形成電介質(zhì)塊，得到具備圖2所示的形狀的光子晶體100的例子作為第3手法示出。
圖9是圖2所示的光子晶體100的制造方法的流程框圖。另外，圖10是示意地表示圖9中示出的印刷工序的圖。
如圖9所示，第3手法包括混合介電陶瓷和樹脂等制作電介質(zhì)膏的電介質(zhì)膏制作工序；按規(guī)定圖案印刷由電介質(zhì)膏制作工序得到的電介質(zhì)膏的印刷工序；干燥電介質(zhì)膏制成陶瓷組成體的干燥工序；將通過重復(fù)印刷和干燥而得到的電介質(zhì)塊切成規(guī)定形狀的切取工序；將切成規(guī)定形狀的成型體燒成的燒成工序。
以下詳述圖9所示的各工序。
<電介質(zhì)膏制作工序>
在電介質(zhì)膏制作工序中，首先用球磨機(jī)和擂潰機(jī)等混合介電陶瓷粉末、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)，得到電介質(zhì)膏。
作為介電陶瓷粉末可使用上述的BaO-TiO2-稀土類系陶瓷粉末等。介電陶瓷粉末的量相對(duì)于電介質(zhì)膏為約20-60wt％即可。另外，介電陶瓷粉末的平均粒徑與上述的場(chǎng)合同樣，為0.1-20μm左右即可。
在后述的層疊工序中進(jìn)行熱壓接的場(chǎng)合，作為粘合劑樹脂使用熱塑性，且高強(qiáng)度的樹脂。作為粘合劑樹脂可使用丙烯酸系樹脂、丁縮醛系樹脂、乙基纖維素系樹脂等。粘合劑樹脂的量相對(duì)于介電陶瓷粉末為約4-10wt％即可。
另外，作為分散介質(zhì)可使用丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、萜品醇等各種有機(jī)溶劑。將這些溶劑作為分散介質(zhì)使用是因?yàn)?，能夠溶解上述的粘合劑樹脂，且為比較低的沸點(diǎn)。
通過適宜選擇分散介質(zhì)的種類和量，能夠調(diào)整電介質(zhì)膏的粘度。例如，丁基卡必醇的粘度低，而萜品醇的粘度高。因此通過以適當(dāng)?shù)谋嚷驶旌蟽烧咧瞥煞稚⒔橘|(zhì)，能夠使電介質(zhì)膏的粘度為適合印刷加工法的粘度。
當(dāng)電介質(zhì)膏的粘度過低時(shí)，引起膏滴流，在接下來的印刷工序中形成所要求的印刷圖案變得困難。另外，當(dāng)粘度過高時(shí)，電介質(zhì)膏的脫離絲網(wǎng)變壞，所要求的圖案的印刷變得困難。所以，電介質(zhì)膏的粘度需要加以注意地調(diào)整。電介質(zhì)膏的粘度也考慮印刷圖案和在印刷工序中使用的印刷加工法等調(diào)整成適當(dāng)?shù)姆秶?。作為印刷加工法采用絲網(wǎng)印刷加工法的場(chǎng)合，電介質(zhì)膏的粘度為500-50000cp左右即可。
另外，根據(jù)需要能進(jìn)一步添加分散劑制作電介質(zhì)膏。例如能夠使用烯烴馬來酸共聚物或油酸作為分散劑，其添加量相對(duì)于介電陶瓷粉末為0.1-5wt％左右即可。也可以對(duì)電介質(zhì)膏進(jìn)一步添加增塑劑。增塑劑的添加量相對(duì)于介電陶瓷粉末為0.1-5wt％左右即可。
<印刷工序、干燥工序>
在印刷工序中使用絲網(wǎng)印刷加工法等以規(guī)定的印刷圖案印刷電介質(zhì)膏，在接著的干燥工序中，使電介質(zhì)膏干燥，制成陶瓷組成體。
圖10是示意地表示印刷工序的截面圖。
首先，如圖10(a)所示，將構(gòu)成第1層的電介質(zhì)膏以所要求的印刷圖案印刷在薄膜(例如PET薄膜)F上。在此，印刷圖案根據(jù)最終要得到具有怎樣的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100而決定。例如在最終要得到圖2所示的蜂窩結(jié)構(gòu)的光子晶體100的場(chǎng)合，采用圖7所示的印刷圖案。在采用圖7所示的印刷圖案的場(chǎng)合，形成以六邊形格子狀規(guī)則地形成了在厚度方向貫通的孔h的陶瓷組成體21。印刷后，所印刷的電介質(zhì)膏被加熱干燥或者自然干燥。
接著，如圖10(b)所示，在構(gòu)成第1層的陶瓷組成體21上，用與第1層相同的印刷圖案印刷構(gòu)成第2層的電介質(zhì)膏，與第1層同樣地干燥。在構(gòu)成第1層的陶瓷組成體21上以所要求的2維周期圖案形成孔h。在除了該孔h以外的部分重疊、印刷構(gòu)成第2層的電介質(zhì)膏。據(jù)此以規(guī)定圖案形成了在厚度方向貫通的孔h的新的陶瓷組成體21被層疊在構(gòu)成第1層的陶瓷組成體21之上。
用同樣的順序反復(fù)印刷和干燥直到得到具有所要求的厚度的層疊體為止。據(jù)此，如圖10(c)所示，得到陶瓷組成體21的層疊體，也就是形成了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊13A。原則上印刷加工法不需要加壓，但也可以對(duì)電介質(zhì)塊13A進(jìn)行熱壓等。圖10(d)示出被熱壓了的狀態(tài)的電介質(zhì)塊13A。
另外，印刷加工法并不限定于絲網(wǎng)印刷加工法，可根據(jù)陶瓷組成體21的厚度適宜選擇照相凹版印刷、凸版印刷、平版印刷等公知的印刷加工法。
<切取工序>
印刷工序后作為基體的薄膜F從電介質(zhì)塊13A剝離，進(jìn)行接續(xù)的切取工序。在切取工序中，相應(yīng)于最終得到的光子晶體100的用途將電介質(zhì)塊13A切成規(guī)定形狀(將切成規(guī)定形狀后的電介質(zhì)塊13A適宜稱為“成型體”)。
<去粘合劑處理>
由于在切取工序后得到的成型體中含有較多的樹脂成分，因此在燒成工序之前預(yù)先進(jìn)行去粘合劑處理。去粘合劑處理在與在第1手法的內(nèi)容中顯示的條件相同的條件下進(jìn)行即可。
可以將在進(jìn)行了去粘合劑處理后得到的成型體原封不動(dòng)地作為光子晶體100使用，但通過將成型體制成燒結(jié)體，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)進(jìn)一步提高的光子晶體100。燒成工序也在與在第1手法的內(nèi)容中顯示的條件相同的條件下進(jìn)行即可。
以上詳述了第3手法。通過采用了印刷加工法的第3手法也能夠容易地得到貫通了其表面和底面的光子晶體100。
顯示了得到具備蜂窩結(jié)構(gòu)的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100的例子，但通過與所要求的周期結(jié)構(gòu)一致地適宜選擇印刷圖案，能夠容易地得到具備其他的2維周期結(jié)構(gòu)的圖案的光子晶體100。另外，顯示了用印刷加工法層疊用印刷加工法制作的陶瓷組成體21的例子，但也可以采用在第1手法中示出的片層疊工序之類的要領(lǐng)層疊用印刷加工法制作的陶瓷組成體21。
而且，通過用與第2手法相同的順序向圖10所示的電介質(zhì)塊13A填充含有第2介電陶瓷的粉末料漿，也能夠得到圖4所示的光子晶體100A。
<第4手法>
下面說明第4手法。
在第4手法中，制作含有第1和第2介電陶瓷的陶瓷復(fù)合體，層疊該陶瓷復(fù)合體，形成電介質(zhì)塊(層疊體)，制作光子晶體100A。陶瓷復(fù)合體在同一面內(nèi)周期地配置著第1介電陶瓷和第2介電陶瓷。
圖11是采用第4手法制作光子晶體100A的場(chǎng)合的流程框圖。圖12是示意地表示圖11中所示的陶瓷復(fù)合體制作工序的截面圖。圖13是示意地表示圖11中的層疊工序的圖。
如圖11所示，第4手法通過經(jīng)由下述工序制作光子晶體100A混合第1和第2介電陶瓷粉末、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)等，制作第1和第2電介質(zhì)膏的電介質(zhì)膏制作工序；使用第1和第2電介質(zhì)膏制作含有第1和第2介電陶瓷粉末的陶瓷復(fù)合體的陶瓷復(fù)合體制作工序；層疊陶瓷復(fù)合體得到作為層疊體的電介質(zhì)塊的層疊工序；將電介質(zhì)塊切成規(guī)定形狀的切取工序；燒成所切取的成型體的燒成工序。
以下詳述圖11所示的各工序。
<電介質(zhì)膏制作工序>
在電介質(zhì)膏制作工序中，分別制作含有第1介電陶瓷粉末的第1電介質(zhì)膏(第1陶瓷組合物)、含有第2介電陶瓷粉末的第2電介質(zhì)膏(第2陶瓷組合物)。各膏采用在第3手法的內(nèi)容中敘述的順序制作即可。
除了需要區(qū)別第1介電陶瓷粉末和第2介電陶瓷粉末的場(chǎng)合外，總稱兩者為“介電陶瓷粉末”。
第4手法由于在后述的層疊工序中進(jìn)行熱壓接，因此作為粘合劑樹脂使用熱塑性、且高強(qiáng)度的樹脂。粘合劑樹脂及分散介質(zhì)可使用在第3手法的內(nèi)容中顯示的物質(zhì)。
第4手法優(yōu)選進(jìn)一步添加增塑劑或分散劑。增塑劑根據(jù)使用的粘合劑樹脂的種類選擇。將上述的丙烯酸系樹脂等作為粘合劑樹脂的場(chǎng)合，例如可使用酞酸系的增塑劑。在添加增塑劑的場(chǎng)合，其添加量相對(duì)于介電陶瓷粉末為0.1-5wt％左右即可。
關(guān)于分散劑也可使用在第3手法的內(nèi)容中顯示的分散劑，其添加量相對(duì)于第1介電陶瓷為0.1-5wt％左右即可。
通過適宜選擇分散介質(zhì)的種類和量，能夠調(diào)整電介質(zhì)膏的粘度。例如，通過以適當(dāng)?shù)谋嚷驶旌险扯鹊偷亩』ū卮?、和粘度高的萜品醇制成分散介質(zhì)，能夠使電介質(zhì)膏的粘度為適合印刷加工法的粘度。另外，通過適宜選擇粘合劑樹脂的種類或量，也能夠調(diào)整電介質(zhì)膏的粘度。
當(dāng)電介質(zhì)膏的粘度過低時(shí)，引起印刷滴流，在使用印刷加工法的陶瓷復(fù)合體制作工序中形成所要求的印刷圖案變得困難。另外，當(dāng)粘度過高時(shí)，不能夠薄薄地印刷，得到的陶瓷復(fù)合體的厚度變厚。假設(shè)層疊這樣的厚度厚的陶瓷復(fù)合體，則由于厚度方向的步驟數(shù)少，最終得到的光子晶體的厚度方向的截面形狀易變得走形。所以，電介質(zhì)膏的粘度需要加以注意地調(diào)整。電介質(zhì)膏的粘度也考慮印刷圖案和采用的印刷加工法等調(diào)整成適當(dāng)?shù)姆秶?。作為印刷加工法采用絲網(wǎng)印刷加工法的場(chǎng)合，電介質(zhì)膏的粘度為2Pa·s-50Pa·s左右即可。
<陶瓷復(fù)合體制作工序>
在接下來的陶瓷復(fù)合體制作工序中，通過分別印刷第1電介質(zhì)膏和第2電介質(zhì)膏，制作含有第1和第2介電陶瓷的陶瓷復(fù)合體。進(jìn)行印刷，使得第1電介質(zhì)膏配設(shè)在與第1電介質(zhì)部1A對(duì)應(yīng)的部位，第2電介質(zhì)膏配設(shè)在與第2電介質(zhì)部2A對(duì)應(yīng)的部位。
圖12是示意地表示陶瓷復(fù)合體制作工序的截面圖。
首先如圖12(a)所示，在薄膜(例如PET薄膜)F上用所要求的印刷圖案印刷構(gòu)成第1層的第1電介質(zhì)膏。該印刷例如可使用絲網(wǎng)印刷加工法進(jìn)行。印刷后，所印刷的第1電介質(zhì)膏被加熱干燥或自然干燥。
在此，印刷圖案根據(jù)最終要得到具有怎樣的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100A來決定。例如在要得到圖4所示的蜂窩結(jié)構(gòu)的光子晶體100A的場(chǎng)合，采用圖7所示的印刷圖案。在采用圖7所示的印刷圖案的場(chǎng)合，得到以六邊形格子狀規(guī)則地形成了在厚度方向貫通的孔h的第1陶瓷組合物11A。
接著，如圖12(b)所示，用第1層的印刷圖案的反轉(zhuǎn)圖案印刷第2電介質(zhì)膏。印刷后，所印刷的第2電介質(zhì)膏被加熱干燥或自然干燥。
在此，應(yīng)反轉(zhuǎn)圖案印刷第2電介質(zhì)膏是因?yàn)?，用?電介質(zhì)膏、即第2陶瓷組合物12A填充形成于第1陶瓷組合物11A的孔h，使同一面內(nèi)配置第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A。需要基于第1陶瓷組合物11A的厚度及第1陶瓷組合物11A的孔h尺寸，控制第2電介質(zhì)膏的涂布量，以使得用第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A構(gòu)成的陶瓷復(fù)合體C的表面變得平滑。
圖13(a)示出從陶瓷復(fù)合體C剝離了作為基體的薄膜F的狀態(tài)。陶瓷復(fù)合體C在后述的層疊工序中順序?qū)盈B，但陶瓷復(fù)合體C的厚度過薄時(shí)，陶瓷復(fù)合體C的強(qiáng)度低，操作難。所以考慮層疊工序中的操作容易度，將陶瓷復(fù)合體C的厚度定為1-800μm、更優(yōu)選為10-500μm、進(jìn)一步優(yōu)選為20-200μm的范圍內(nèi)。
<層疊工序>
在陶瓷復(fù)合體制作工序中制作了規(guī)定片數(shù)的具備所要求的厚度的陶瓷復(fù)合體C后，進(jìn)行層疊工序。在層疊工序之前預(yù)先從陶瓷復(fù)合體C剝離薄膜F。
在層疊工序中，如圖13(b)所示，層疊分別在規(guī)定部位配置了第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A的陶瓷復(fù)合體C，并熱壓接。該熱壓接可以每層疊1片陶瓷復(fù)合體C就進(jìn)行，也可以層疊多個(gè)片后進(jìn)行。通過陶瓷復(fù)合體C的層疊和熱壓接，最終得到圖13(c)所示的電介質(zhì)塊13B。也就是說，熱壓接為了將陶瓷復(fù)合體C一體化而進(jìn)行。
熱壓接時(shí)的加熱溫度依賴于在制作第1電介質(zhì)膏和第2電介質(zhì)膏時(shí)使用的粘合劑樹脂成分。例如在用于制作膏的粘合劑樹脂為丙烯酸樹脂的場(chǎng)合，設(shè)定加熱溫度為70-90℃即可。熱壓接，由于陶瓷復(fù)合體C分別不引起層疊錯(cuò)位而是整齊地粘接是重要的，因此不需要付與大的壓力。壓力根據(jù)陶瓷復(fù)合體C的厚度適宜設(shè)定即可，但優(yōu)選設(shè)定在20-80kgf/cm2左右。
作為陶瓷復(fù)合體C的層疊體的電介質(zhì)塊13B具有規(guī)定的周期結(jié)構(gòu)。在圖13(c)的例子中，圓柱狀的第2電解質(zhì)部2A以貫通電介質(zhì)塊13B的表面和底面的方式大量配置，形成蜂窩圖案的2維周期結(jié)構(gòu)。另外，在圖13(c)的例子中，顯示了陶瓷復(fù)合體C的層疊數(shù)是6片的例子，但層疊數(shù)不特別限定，根據(jù)最終要得到的光子晶體100A的尺寸等適宜決定。
為了增加得到的電介質(zhì)塊13B的密度，也可以在切取工序之前進(jìn)行熱壓。熱壓的條件也依賴于在制作陶瓷復(fù)合體C時(shí)使用的粘合劑樹脂等，但例如壓力設(shè)定在500-2000kgf/cm2左右即可。另外，在用于電介質(zhì)膏制作的粘合劑樹脂是丙烯酸樹脂的場(chǎng)合，設(shè)定加熱溫度在70-90℃即可。
但是，在第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A的彈性行為不同的場(chǎng)合，通過熱壓兩材質(zhì)間發(fā)生應(yīng)力，有時(shí)成型體產(chǎn)生裂紋。所以，在進(jìn)行熱壓時(shí)，需要進(jìn)行材料的選擇等，以使得第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A具有同等的彈性行為。例如通過使用與第1電介質(zhì)膏中的粘合劑樹脂相同的樹脂制作第2電介質(zhì)膏，能夠使第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A的彈性行為一致。
切取工序、去粘合劑處理在與第1手法相同的條件下進(jìn)行即可?？梢詫⑦M(jìn)行去粘合劑處理后得到的成型體原封不動(dòng)地作為光子晶體100A使用。通過將第1陶瓷組合物11A配設(shè)在與第1電介質(zhì)部1A對(duì)應(yīng)的部位，將第2陶瓷組合物12A配設(shè)在與第2電介質(zhì)部2A對(duì)應(yīng)的部位，制作陶瓷復(fù)合體C，并在厚度方向?qū)盈B該陶瓷復(fù)合體C，制作了電介質(zhì)塊13B。所以，與第1陶瓷組合物11A相當(dāng)?shù)牟糠殖蔀榈?電介質(zhì)部1A，與第2陶瓷組合物12A相當(dāng)?shù)牟糠殖蔀榈?電介質(zhì)部2A。
燒成工序不是必須的工序，但通過將成型體制成燒結(jié)體，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和介電常數(shù)進(jìn)一步提高了的光子晶體100A。在實(shí)施燒成工序的場(chǎng)合，燒成條件與第1手法相同即可。
以上詳述了第4手法。由于不需要復(fù)雜的工序，因此根據(jù)第4手法，能夠簡(jiǎn)易且以短時(shí)間制作光子晶體100A。所以，第4手法中的光子晶體100A的制造方法也在批量生產(chǎn)性上優(yōu)異。
另外，在層疊陶瓷復(fù)合體C時(shí)，也可以使粘合層介于中間增加粘合強(qiáng)度。在該情況下，用圖13所示的層疊工序順序?qū)盈B在表面或底面印刷了薄的粘合層的陶瓷復(fù)合體C即可。
另外，在上述的層疊工序中，從薄膜F剝離陶瓷復(fù)合體C，順序?qū)盈B陶瓷復(fù)合體C，顯示了這樣的例子，但也可以熱壓接陶瓷復(fù)合體C彼此后玻璃薄膜F。例如，可以在圖12(b)所示的陶瓷復(fù)合體C之上層疊附著了薄膜F的狀態(tài)的陶瓷復(fù)合體C，并使陶瓷復(fù)合體C彼此相向，熱壓接后，剝離薄膜F。此時(shí)，也可以使粘合層介于陶瓷復(fù)合體C彼此間，使得一個(gè)陶瓷復(fù)合體C轉(zhuǎn)印在另一個(gè)陶瓷復(fù)合體C上。
<第5手法>
第4手法示出這樣的例子預(yù)先制作多個(gè)陶瓷復(fù)合體C后，層疊該陶瓷復(fù)合體C，形成電介質(zhì)塊13B，得到具備圖4所示的形狀的光子晶體100A。第5手法是，在配設(shè)第1陶瓷組合物11A后，配設(shè)第2陶瓷組合物12A，由此制作陶瓷復(fù)合體C，在該陶瓷復(fù)合體C上重復(fù)進(jìn)行配設(shè)第1陶瓷組合物11A后，配設(shè)第2陶瓷組合物12A的工作，由此層疊陶瓷復(fù)合體C。更具體地講，通過交替地印刷含有第1介電陶瓷的第1電介質(zhì)膏、和含有第2介電陶瓷的第2電介質(zhì)膏，形成作為陶瓷復(fù)合體C的層疊體的電介質(zhì)塊13B，得到具備圖4所示的形狀的光子晶體100A，將這樣的例子作為第5手法示出。
圖14是采用第5手法制作光子晶體100A的場(chǎng)合的流程框圖。另外，圖15是示意地表示圖14中所示的電介質(zhì)塊制作工序的圖。
如圖14所示，第5手法通過經(jīng)由下述工序制作光子晶體100A混合第1和第2介電陶瓷粉末、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)等，制作第1和第2電介質(zhì)膏的電介質(zhì)膏制作工序；將由電介質(zhì)膏制作工序得到的第1電介質(zhì)膏印刷成規(guī)定圖案的第1印刷工序；采用與第1印刷工序中的印刷圖案反轉(zhuǎn)(反向；倒轉(zhuǎn))的圖案印刷由電介質(zhì)膏制作工序得到的第2電介質(zhì)膏的第2印刷工序；將通過重復(fù)第1印刷工序和第2印刷工序而得到的電介質(zhì)塊切成規(guī)定形狀的切取工序；將切成規(guī)定形狀的成型體燒成的燒成工序。
以下詳述圖14所示的各工序。
<電介質(zhì)膏制作工序>
除了不需要添加在增塑劑的點(diǎn)、使用以下的物質(zhì)作為粘合劑樹脂以外，基本上采用與第3和第4手法相同的順序制作第1電介質(zhì)膏和第2電介質(zhì)膏。
第5手法，由于交替印刷第1和第2電介質(zhì)膏得到作為陶瓷復(fù)合體C的層疊體的電介質(zhì)塊，因此不需要在第4手法中進(jìn)行的熱壓接。所以，作為粘合劑的選擇基準(zhǔn)，為熱塑性并不是必須的要件，選擇高強(qiáng)度、且粘度調(diào)整和去粘合劑處理容易做的樹脂作為第5手法的粘合劑樹脂。作為粘合劑樹脂，可使用乙基纖維素系樹脂、丁縮醛系樹脂等。在第5手法中，粘合劑樹脂的量相對(duì)于介電陶瓷粉末為約4-10wt％即可。
另外，作為分散介質(zhì)，可與第3和第4手法同樣地使用萜品醇、丁基卡必醇等各種有機(jī)溶劑。通過適宜選擇分散介質(zhì)的種類或量，能夠調(diào)整電介質(zhì)膏的粘度。當(dāng)電介質(zhì)膏的粘度過低時(shí)，引起印刷滴流，在接下來的印刷工序中形成所要求的印刷圖案變得困難。另外，當(dāng)粘度過高時(shí)，易引起均化不良。所以，電介質(zhì)膏的粘度也考慮要得到的陶瓷復(fù)合體C的厚度和印刷圖案、在印刷工序中采用的印刷加工法等調(diào)整成適當(dāng)?shù)姆秶?br> <電介質(zhì)塊制作工序>
電介質(zhì)塊制作工序包括按規(guī)定圖案印刷由電介質(zhì)膏制作工序得到的第1電介質(zhì)膏的第1印刷工序、和采用與第1印刷工序中的印刷圖案反轉(zhuǎn)的圖案印刷由電介質(zhì)膏制作工序得到的第2電介質(zhì)膏的第2印刷工序。
圖15是示意地表示電介質(zhì)塊制作工序的截面圖。
(第1印刷工序)首先，如圖15(a)所示，以所要求的印刷圖案在薄膜(例如薄膜PET薄膜)F上印刷構(gòu)成第1層的第1電介質(zhì)膏。在此，印刷圖案根據(jù)最終要得到具有怎樣的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100A而決定。通過加熱干燥或自然干燥所印刷的第1電介質(zhì)膏，得到規(guī)則地形成了在厚度方向貫通的孔h的第1陶瓷組合物11A。
(第2印刷工序)接著，如圖15(b)所示，采用與第1印刷工序中的印刷圖案反轉(zhuǎn)的圖案印刷第2電介質(zhì)膏。印刷后，所印刷的第2電介質(zhì)膏被加熱干燥或自然干燥，成為第2陶瓷組合物12A。在第2印刷工序中，基于第1陶瓷組合物11A的厚度和第1陶瓷組合物11A的孔h尺寸，控制第2電介質(zhì)膏的涂布量，以使得第2陶瓷組合物12A的厚度與第1陶瓷組合物11A的厚度相等。
通過經(jīng)由第1印刷工序和第2印刷工序，在薄膜F上形成了圖15(b)所示的陶瓷復(fù)合體C。
接著，如圖15(c)所示，在陶瓷復(fù)合體C之上印刷構(gòu)成第2層的第1電介質(zhì)膏，并干燥。通過干燥第1電介質(zhì)膏，在陶瓷復(fù)合體C之上新配設(shè)了規(guī)則地形成了在厚度方向貫通的孔h的第1陶瓷組合物11A。其次，如圖15(d)所示，采用與第1印刷工序中的印刷圖案反轉(zhuǎn)的圖案印刷第2電介質(zhì)膏。印刷后，所印刷的第2電介質(zhì)膏被加熱干燥或自然干燥，成為第2陶瓷組合物12A。
采用同樣的順序重復(fù)印刷和干燥，直到得到具有所要求的厚度的層疊體為止。據(jù)此，得到圖15(e)所示的、電介質(zhì)塊13B、也就是陶瓷復(fù)合體C的層疊體。在層疊體中的陶瓷復(fù)合體C中，在對(duì)應(yīng)于第1電介質(zhì)部1A的部位配設(shè)第1陶瓷組合物11A，在對(duì)應(yīng)于第2電介質(zhì)部2A的部位配設(shè)第2陶瓷組合物12A。原則上第5手法不需要加壓，但也可以對(duì)電介質(zhì)塊13B進(jìn)行熱壓等。圖15(f)示出被熱壓了的狀態(tài)的電介質(zhì)塊13B。
另外，印刷可根據(jù)第1陶瓷組合物11A的厚度適宜選擇絲網(wǎng)印刷、照相凹版印刷、凸版印刷、平版印刷等公知的印刷加工法。
<切取工序、去粘合劑處理、燒成工序>
印刷工序后作為基體的薄膜F從電介質(zhì)塊13B剝離，進(jìn)行接續(xù)的切取工序。切取工序、去粘合劑處理、燒成工序，在與第1手法中顯示的條件相同的條件下進(jìn)行即可。與第1-第4手法同樣，也可以將進(jìn)行去粘合劑處理后得到的成型體原封不動(dòng)地作為光子晶體100A使用。
以上詳述了第5手法。由于工序數(shù)少，且也不需要復(fù)雜的工序，因此根據(jù)第5手法能夠簡(jiǎn)易且用短時(shí)間制作光子晶體100A。所以，第5手法也在批量生產(chǎn)性上優(yōu)異。
顯示了用印刷加工法層疊用印刷加工法制作的陶瓷復(fù)合體C的例子，但也可以采用在第4手法中示出的層疊工序之類的要領(lǐng)層疊用印刷加工法制作的陶瓷復(fù)合體C。
根據(jù)第4手法和第5手法，能夠?qū)⒌?電介質(zhì)部2A形成為直徑2mm或以下的圓柱狀。對(duì)此，在將包含第1介電陶瓷的第1電介質(zhì)膏印刷成為含有直徑2mm或以下的多個(gè)孔的圖案的同時(shí)，采用其反轉(zhuǎn)圖案印刷含有第2介電陶瓷的第2電介質(zhì)膏，層疊這樣得到的陶瓷復(fù)合體，制作光子晶體100A即可。圓柱狀的第2電介質(zhì)部2A每隔規(guī)定間隔地配置，以使得貫通塊狀的第1電介質(zhì)部1A的表面和底面。
根據(jù)光子晶體100A所要求的特性，可適宜設(shè)定第2電介質(zhì)部2A的配置、尺寸、形狀等。所以，可以使第2電介質(zhì)部2A的尺寸超過直徑2mm，當(dāng)然也能夠使形狀不是圓柱狀，而為長(zhǎng)方體狀。
在第4手法和第5手法中，在印刷第2電介質(zhì)膏的工序中，形成于第1陶瓷組合物11A的多個(gè)孔h之中，也能夠?qū)σ徊糠值目議印刷含有第2介電陶瓷粉末的第2電介質(zhì)膏，對(duì)剩余的孔h印刷含有第3介電陶瓷粉末的第3電介質(zhì)膏。這樣，通過使用第3電介質(zhì)制作光子晶體，能夠得到具備新的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體。
另外，形成于第1陶瓷組合物11A的多個(gè)孔h之中，也可以對(duì)一部分的孔h印刷含有第2介電陶瓷粉末的第2電介質(zhì)膏，使剩余的孔h存在作為第3電介質(zhì)的空氣。
另外，第4和第5手法，通過層疊用同一印刷圖案制作的片狀的陶瓷復(fù)合體C，得到具備2維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100A，示出了這樣的例子。但當(dāng)然也能夠由每個(gè)片適宜變更印刷圖案。例如，在制作3維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的場(chǎng)合，層疊多個(gè)印刷圖案不同的片即可。該場(chǎng)合，通過盡量減薄片的厚度，能夠使3維周期結(jié)構(gòu)的圖案在厚度方向平滑地變化。根據(jù)本發(fā)明的光子晶體的制造方法，通過適宜選擇印刷圖案的形狀，能夠得到具備所要求的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體100A，因此周期結(jié)構(gòu)的自由度也高。
<第6手法>
上述的第4和第5手法，示出了在不同的時(shí)期進(jìn)行第1陶瓷組合物11A的配設(shè)和第2陶瓷組合物12A的配設(shè)的例子，但也可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)期地進(jìn)行第1陶瓷組合物11A的配設(shè)和第2陶瓷組合物12A的配設(shè)。例如，通過基于圖16所示的流程框圖，重復(fù)進(jìn)行同時(shí)印刷第1電介質(zhì)膏和第2電介質(zhì)膏這一工序，也能夠進(jìn)行陶瓷復(fù)合體C的制作和層疊。圖16所示的印刷工序以外，與第5手法同樣地進(jìn)行即可。
具體地講，如圖17(a)所示，以所要求的印刷圖案在薄膜(例如PET薄膜)F上印刷、即實(shí)質(zhì)上同時(shí)期地配設(shè)構(gòu)成第1層的第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏。使所印刷的第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏干燥后，如圖17(b)所示，以所要求的印刷圖案在第1層的陶瓷復(fù)合體C之上同時(shí)印刷第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏。通過干燥所印刷的第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏，得到第2層的陶瓷復(fù)合體C。
用同樣的順序在第n層的電介質(zhì)層之上印刷構(gòu)成第(n+1)層的第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏，并干燥，重復(fù)該工序直到得到具有所要求的厚度的層疊體為止。據(jù)此，也可以得到圖17(c)所示的電介質(zhì)塊13B、也就是陶瓷復(fù)合體C的層疊體。該方案能夠大致同時(shí)進(jìn)行陶瓷復(fù)合體C的制作和層疊。
在此，在對(duì)規(guī)定區(qū)域印刷第1和第2電介質(zhì)膏的場(chǎng)合，由于從印刷開始到印刷結(jié)束經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間，因此印刷開始時(shí)和印刷結(jié)束時(shí)，在嚴(yán)格意義上，第1陶瓷組合物11A和第2陶瓷組合物12A的配設(shè)不同時(shí)。于是，作為包含這樣的方案的概念，使用“實(shí)質(zhì)上同時(shí)期”這一表達(dá)。
另外，也可以用與第4手法相同的順序?qū)盈B實(shí)質(zhì)上同時(shí)期得到的陶瓷復(fù)合體C。
<第7手法>
例如得到圖18(a)所示的、以規(guī)定圖案形成了孔h的第1陶瓷組合物11A。接著，向孔h填充第2陶瓷組合物12A，得到陶瓷復(fù)合體C之后，如圖18(b)所示，印刷(即配設(shè))第2陶瓷組合物12A。其次，如圖18(c)所示，也可以印刷(即配設(shè))第1陶瓷組合物11A，以使得覆蓋第2陶瓷組合物12A的周圍?；蛘咭部梢栽诘玫綀D18(a)所示的第1陶瓷組合物11A后，在第1陶瓷組合物11A的孔h內(nèi)填充第2陶瓷組合物12A，并使第2陶瓷組合物12A的厚度變得比第1陶瓷組合物11A的厚度厚，進(jìn)一步地，如圖18(c)所示，配設(shè)第1陶瓷組合物11A，使得覆蓋第2陶瓷組合物12A的周圍。
(實(shí)施例)下面舉出具體的實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
基于圖8的流程框圖，層疊穿孔片后，填充電介質(zhì)片，制作了光子晶體100A。
作為第1介電陶瓷，準(zhǔn)備了平均粒徑0.7μm的BaO-SiO2-Al2O3-B2O3系粉末(介電常數(shù)6.4)。另外，作為第2介電陶瓷，準(zhǔn)備了平均粒徑1.0μm的BaO-Nd2O3-TiO2-B2O3-ZnO2-CuO系粉末(介電常數(shù)75.4)。
首先，使用球磨機(jī)混合第1介電陶瓷、分散劑、樹脂及分散介質(zhì)，料漿化。其次，采用刮刀涂法將料漿片材化，制作了82mm×82mm×120μm的坯片。另外，第1介電陶瓷、樹脂及分散介質(zhì)的比率用vol％表示定為23∶11∶66。分散劑、樹脂及分散介質(zhì)的種類和分散劑的添加量如下。
分散劑烯烴馬來酸共聚物(商品名共榮(株)制フロ-レンG-700)分散劑的添加量相對(duì)于第1介電陶瓷為1.5wt％樹脂丙烯酸樹脂分散介質(zhì)甲苯另外，混合第2介電陶瓷、分散劑及分散介質(zhì)，制作粉末料漿。此時(shí)，第2介電陶瓷及分散介質(zhì)的比率用vol％表示定為50∶50。分散劑及分散介質(zhì)的種類和分散劑的添加量如下。另外，混合使用擂潰機(jī)進(jìn)行2小時(shí)。在制作粉末料漿時(shí)，未添加樹脂是為了防止由于添加樹脂而使得粉末料漿的粘度過高。
分散劑烯烴馬來酸共聚物(商品名共榮(株)制フロ-レンG-700)分散劑的添加量相對(duì)于第2介電陶瓷為1wt％分散介質(zhì)萜品醇50vol％、丁基卡必醇50vol％的混合溶液接著，使用圖7所示的形成了圖案的穿孔機(jī)在坯片上形成蜂窩結(jié)構(gòu)的孔。孔的直徑定為1mm。
層疊60片形成了蜂窩結(jié)構(gòu)的孔的坯片，得到形成了規(guī)定的空隙圖案的電介質(zhì)塊。熱壓接，每層疊1片坯片就進(jìn)行。熱壓接的條件如下。
壓力45kgf/cm2
加熱溫度85℃保持時(shí)間1秒將這樣得到的電介質(zhì)塊放置在抽吸板上，在電介質(zhì)塊的上部充分放置含有第2介電陶瓷的粉末料漿。然后，從抽吸板的下面用泵抽吸，在電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)填充了粉末料漿。自然干燥填充了粉末料漿的電介質(zhì)塊后，在以下的條件下進(jìn)行去粘合劑處理，其后燒成得到試樣1。圖19示出得到的試樣1的照片。該試樣1的尺寸是10.6mm×4.3mm×18mm。
如圖19所示，在電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)致密地填充了第2介電陶瓷，未觀察到孔隙和裂紋。
<去粘合劑處理?xiàng)l件>
氣氛空氣升溫速度60℃/h保持溫度500℃保持時(shí)間0<燒成條件>
氣氛空氣升溫速度600℃/h保持溫度910℃保持時(shí)間1h將得到的試樣靜靜地放置在波導(dǎo)管內(nèi)，用網(wǎng)絡(luò)分析器(AgilentTechnologies公司制HP-8510C)測(cè)定反射及透射特性。圖20示出其結(jié)果。測(cè)定透射特性的試樣中的、傳播方向的周期數(shù)是4.5周期。
如圖20所示，在屬于K帶的21.0-26.5GHz下確認(rèn)了30dB或以上的衰減，明確知道帶隙生成。
基于圖11的流程框圖，制作了光子晶體100A。
使用球磨機(jī)混合第1介電陶瓷粉末、分散介質(zhì)、粘合劑樹脂及分散劑，制作了第1電介質(zhì)膏。此時(shí)，第1介電陶瓷粉末及分散介質(zhì)的比率定為45∶55(wt％)。另外，粘合劑樹脂相對(duì)于第1介電陶瓷粉末添加5wt％。分散劑相對(duì)于第1介電陶瓷粉末添加1wt％。分散劑、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)的種類如下。在實(shí)施例2中使用的第1及第2介電陶瓷粉末的種類與在實(shí)施例1中使用的相同。
分散劑烯烴馬來酸共聚物(商品名共榮(株)制フロ-レンG-700)粘合劑樹脂乙基纖維素分散介質(zhì)萜品醇50vol％、丁基卡必醇50vol％的混合溶液其次，使用球磨機(jī)混合第2介電陶瓷粉末、分散介質(zhì)、粘合劑樹脂及分散劑，制作第2電介質(zhì)膏。第2介電陶瓷粉末及分散介質(zhì)的比率與第1電介質(zhì)膏同樣，定為45∶55(wt％)。另外，粘合劑樹脂相對(duì)于第2介電陶瓷粉末添加5wt％，分散劑相對(duì)于第2介電陶瓷粉末添加1wt％。分散劑、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)的種類也與第1電介質(zhì)膏相同。第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏的粘度均是15Pa·s。
接著，采用絲網(wǎng)印刷加工法在PET薄膜上印刷第1電介質(zhì)膏。第1電介質(zhì)膏的印刷采用圖7所示的圖案進(jìn)行，得到以規(guī)定圖案配置了貫通孔的第1陶瓷組合物。進(jìn)行印刷的控制，以使得貫通孔的直徑達(dá)到1mm。
采用絲網(wǎng)印刷加工法向第1陶瓷組合物的貫通孔填充第2電介質(zhì)膏。通過考慮第1陶瓷組合物的厚度及貫通孔的尺寸控制第2電介質(zhì)膏的填充量，最終得到表面平滑的陶瓷復(fù)合體。
層疊120片這樣得到的陶瓷復(fù)合體，得到采用蜂窩圖案配置了圓柱狀的第2介電陶瓷的電介質(zhì)塊。而且，每層疊1片陶瓷復(fù)合體就進(jìn)行熱壓接。熱壓接的條件與實(shí)施例1相同。
接著，對(duì)電介質(zhì)塊進(jìn)行去粘合劑處理，其后燒成得到試樣2。試樣2的尺寸是10.6mm×4.3mm×18mm。另外，去粘合劑處理及燒成條件與實(shí)施例1相同。
關(guān)于試樣2也與試樣1同樣，在由第2電介質(zhì)構(gòu)成的圓柱、和覆蓋該圓柱的第1電介質(zhì)的界面未觀察到孔隙和裂紋。
將試樣2靜靜地放置在波導(dǎo)管內(nèi)，用網(wǎng)絡(luò)分析器(AgilentTechnologies公司制HP-8510C)測(cè)定反射及透射特性。其結(jié)果，在屬于K帶的20-24GHz下確認(rèn)了25dB或以上的衰減，明確知道帶隙生成。
基于圖14的流程框圖，制作了光子晶體100A。
用與實(shí)施例2同樣的順序制作了第1電介質(zhì)膏和第2電介質(zhì)膏。但是，在第1電介質(zhì)膏中，第1介電陶瓷粉末及分散介質(zhì)的比率定為50∶50(wt％)。另外，在第2電介質(zhì)膏中，第2介電陶瓷粉末及分散介質(zhì)的比率也定為50∶50(wt％)。第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏的粘度均為20Pa·s。另外，第1電介質(zhì)膏及第2電介質(zhì)膏中的粘合劑樹脂及分散劑的添加量與實(shí)施例2相同。
接著，采用絲網(wǎng)印刷加工法在PET薄膜上印刷第1電介質(zhì)膏。第1電介質(zhì)膏的印刷采用圖7所示的圖案進(jìn)行，得到以規(guī)定圖案配置了貫通孔的第1陶瓷組合物。進(jìn)行印刷的控制，以使得貫通孔的直徑達(dá)到1mm。
而且，采用絲網(wǎng)印刷加工法向第1陶瓷組合物的貫通孔填充第2電介質(zhì)膏。通過考慮第1陶瓷組合物的厚度及貫通孔的尺寸控制第2電介質(zhì)膏的填充量，最終得到表面平滑的陶瓷復(fù)合體。
接著，在陶瓷復(fù)合體之上印刷第1電介質(zhì)膏并使之干燥，得到第1陶瓷組合物后，采用第1電介質(zhì)膏的印刷圖案的反轉(zhuǎn)圖案印刷第2電介質(zhì)膏。這樣地重復(fù)60次第1電介質(zhì)膏的印刷、干燥、第2電介質(zhì)膏的印刷、干燥這一工序，得到采用蜂窩圖案配置了圓柱狀的第2介電陶瓷的電介質(zhì)塊。
接著，對(duì)電介質(zhì)塊進(jìn)行去粘合劑處理，其后燒成得到試樣3。試樣3的尺寸是10.6mm×4.3mm×18mm。另外，去粘合劑處理及燒成條件與實(shí)施例1相同。
將試樣3靜靜地放置在波導(dǎo)管內(nèi)，在與實(shí)施例1相同的條件下測(cè)定反射及透射特性。其結(jié)果，在屬于K帶的20-24GHz下確認(rèn)了20dB或以上的衰減，明確知道帶隙生成。
基于圖5的流程框圖，制作了光子晶體100。
作為介電陶瓷粉末，準(zhǔn)備了平均粒徑1.0μm的BaO-Nd2O3-TiO2-B2O3系粉末(介電常數(shù)95)，在與實(shí)施例1相同的條件下得到電介質(zhì)塊。對(duì)得到的電介質(zhì)塊在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行去粘合劑處理及燒成，得到試樣4。試樣4的尺寸是10.6mm×4.3mm×18mm。
將試樣4靜靜地放置在波導(dǎo)管內(nèi)，用網(wǎng)絡(luò)分析器(AgilentTechnologies公司制HP-8510C)測(cè)定反射及透射特性(測(cè)定了S參數(shù))。其結(jié)果，在屬于K帶的22-25GHz下對(duì)于TE波確認(rèn)了30dB或以上的衰減。
基于圖9的流程框圖，制作了光子晶體100。
作為介電陶瓷粉末，準(zhǔn)備了平均粒徑為1.0μm的BaO-Nd2O3-TiO2-B2O3系粉末(介電常數(shù)95)。
首先，使用擂潰機(jī)混合介電陶瓷粉末、粘合劑樹脂、分散介質(zhì)及分散劑，制作電介質(zhì)膏。此時(shí)，粘合劑樹脂相對(duì)于介電陶瓷粉末添加3wt％，分散介質(zhì)相對(duì)于介電陶瓷粉末添加30wt％，分散劑相對(duì)于介電陶瓷粉末添加1wt％，得到粘度為20000cp的電介質(zhì)膏。分散劑、粘合劑樹脂及分散介質(zhì)的種類如下所示。
而且，采用絲網(wǎng)印刷加工法在成為基體的PET薄膜上印刷電介質(zhì)膏，并使之干燥，得到構(gòu)成第1層的陶瓷組成體。重復(fù)進(jìn)行在得到的陶瓷組成體上重復(fù)印刷電介質(zhì)膏并干燥這一工序，得到電介質(zhì)塊。印刷圖案為圖7所示的蜂窩結(jié)構(gòu)的圖案，孔的直徑是1mm。
分散劑烯烴馬來酸共聚物(商品名共榮(株)制フロ-レンG-700)粘合劑樹脂乙基纖維素分散介質(zhì)丁基卡必醇及萜品醇的混合溶液(50vol％50vol％)
經(jīng)絲網(wǎng)印刷層疊、也就是重復(fù)印刷50次形成了蜂窩結(jié)構(gòu)的孔的厚100μm的陶瓷組成體，得到形成了規(guī)定的空隙圖案的電介質(zhì)塊。
對(duì)電介質(zhì)塊在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行去粘合劑處理，其后在與實(shí)施例1相同的條件下燒成得到試樣5。試樣5的尺寸是10.6mm×4.3mm×18.0mm。
將試樣5靜靜地放置在波導(dǎo)管內(nèi)，用網(wǎng)絡(luò)分析器(AgilentTechnologies公司制HP-8510C)測(cè)定反射及透射特性(測(cè)定了S參數(shù))。其結(jié)果，在屬于K帶的22-25GHz下對(duì)于TE波確認(rèn)了25dB或以上的衰減。
根據(jù)本發(fā)明能夠提供批量生產(chǎn)性優(yōu)異的光子晶體的制造方法。另外，根據(jù)本發(fā)明能夠簡(jiǎn)便地制造小型、高強(qiáng)度且高特性的光子晶體。而且，根據(jù)本發(fā)明能夠得到具備微細(xì)圖案的光子晶體。
權(quán)利要求
1.一種光子晶體的制造方法，其是周期地配置了第1電介質(zhì)和具有與該第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的第2電介質(zhì)的光子晶體的制造方法，其中，制作在同一面內(nèi)周期地配置了所述第1電介質(zhì)和所述第2電介質(zhì)的第1復(fù)合電介質(zhì)，在所述第1復(fù)合電介質(zhì)上層疊在同一面內(nèi)周期地配置了所述第1電介質(zhì)和所述第2電介質(zhì)的第2復(fù)合電介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1電介質(zhì)是介電陶瓷，所述第2電介質(zhì)是空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子晶體的制造方法，其中，將以規(guī)定圖案形成了在厚度方向貫通的孔的所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)進(jìn)行層疊，得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子晶體的制造方法，其中，所述電介質(zhì)塊的所述規(guī)定圖案的空隙貫通表面和底面，在其空隙內(nèi)配置了作為所述第2電介質(zhì)的空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)是將片狀構(gòu)件穿孔而得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)是由印刷加工法得到的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)的層疊是使用所述印刷加工法進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1電介質(zhì)和所述第2電介質(zhì)均是介電陶瓷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光子晶體的制造方法，其中，還進(jìn)一步具備下述工序?qū)⒁砸?guī)定圖案形成在厚度方向貫通的孔的片狀的所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)進(jìn)行層疊，得到周期地配置了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊的工序；和在所述空隙內(nèi)配置所述第2電介質(zhì)的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子晶體的制造方法，其中，將含有所述第2電介質(zhì)的粉末料漿填充到所述電介質(zhì)塊的空隙內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光子晶體的制造方法，其中，所述粉末料漿的填充通過抽吸或加壓進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子晶體的制造方法，其中，所述電介質(zhì)塊的所述規(guī)定圖案的空隙貫通表面和底面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光子晶體的制造方法，其中，在所述電介質(zhì)塊的所述空隙內(nèi)填充了含有所述第2電介質(zhì)的粉末料漿后，同時(shí)燒成所述第1電介質(zhì)和所述第2電介質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)的厚度為1-800μm。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光子晶體的制造方法，其中，所述第1復(fù)合電介質(zhì)和所述第2復(fù)合電介質(zhì)是陶瓷復(fù)合體，該陶瓷復(fù)合體通過在對(duì)應(yīng)于所述第1電介質(zhì)的部位配設(shè)構(gòu)成所述第1電介質(zhì)的第1陶瓷組合物、在對(duì)應(yīng)于所述第2電介質(zhì)的部位配設(shè)構(gòu)成所述第2電介質(zhì)的第2陶瓷組合物來制作。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光子晶體的制造方法，其中，將通過在配設(shè)所述第1陶瓷組合物之后配設(shè)所述第2陶瓷組合物而得到的多個(gè)所述陶瓷復(fù)合體進(jìn)行層疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光子晶體的制造方法，其中，通過在配設(shè)所述第1陶瓷組合物之后配設(shè)所述第2陶瓷組合物而制作所述陶瓷復(fù)合體，在該陶瓷復(fù)合體上通過重復(fù)進(jìn)行在配設(shè)了所述第1陶瓷組合物及所述第2陶瓷組合物的任一方之后、配設(shè)所述第1陶瓷組合物及第2陶瓷組合物的另一方的工序，來層疊所述陶瓷復(fù)合體。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的光子晶體的制造方法，其中，還進(jìn)一步具備燒成所述陶瓷復(fù)合體的層疊體的工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體的制造方法，其中，所述光子晶體具有2維周期結(jié)構(gòu)。
20.一種光子晶體，其是以規(guī)定的周期配置塊狀的第1電介質(zhì)、和具有與該第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的圓柱狀的第2電介質(zhì)的光子晶體，其中，所述第1電介質(zhì)和所述第2電介質(zhì)都由介電陶瓷構(gòu)成，所述第2電介質(zhì)由直徑為2mm或以下的多個(gè)圓柱狀構(gòu)件構(gòu)成，所述第2電介質(zhì)以貫通所述第1電介質(zhì)的表面和底面的方式每隔規(guī)定間隔進(jìn)行配置。
21.一種光子晶體，其是具備第1電介質(zhì)、和具有與所述第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的第2電介質(zhì)，并以規(guī)定的周期配置所述第1電介質(zhì)和所述第2電介質(zhì)的光子晶體，其中，由以規(guī)定圖案形成了直徑為2mm或以下的空隙的介電陶瓷制成的電介質(zhì)塊構(gòu)成所述第1電介質(zhì)，在所述空隙內(nèi)存在的空氣構(gòu)成所述第2電介質(zhì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的光子晶體，其中，所述光子晶體具有2維周期結(jié)構(gòu)。
全文摘要
在含有第1電介質(zhì)的坯片(11)上形成在厚度方向貫通的規(guī)定圖案的孔(h)。接著，通過將形成了規(guī)定圖案的孔(h)的坯片(11)進(jìn)行層疊，得到周期地排列了規(guī)定圖案的空隙的電介質(zhì)塊(13)。其次，使電介質(zhì)塊(13)的空隙內(nèi)配置第2電介質(zhì)。據(jù)此不需要特別復(fù)雜的工序就能夠得到周期地配置了第1電介質(zhì)、和具有與第1電介質(zhì)不同的介電常數(shù)的第2電介質(zhì)的光子晶體。通過使第1電介質(zhì)和第2電介質(zhì)均為介電陶瓷，能夠得到小型且高特性的光子晶體。另外，也可以使第1電介質(zhì)為介電陶瓷、使第2電介質(zhì)為空氣。
文檔編號(hào)G02B1/00GK1701245SQ20048000087
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者榎戶靖 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社