三维周期构造体以及其制备方法技术

使用可光固化树脂通过光成型方法形成光子学晶体单元（１０ａ、１０ｂ和１０ｃ），并且在晶体单元之间的边界上提供隔离物（１１）。在每个光子学晶体单元中的空隙都填充有第二物质，所述的第二物质具有分散在其中的陶瓷粒子，以形成填充部分２。排列包含以三维周期性分布的第一和第二物质的三维周期构造体单元，以便在第一和第二物质的介电常数之间具有不同比值。因此，本发明专利技术提供一种具有宽光子学带隙的三维周期构造体，所述的宽光子学带隙在传统三维周期构造体中是不能获得的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三维周期构造体(periodic structure)及其制备方法。
技术介绍
在固体晶体中，原子核的周期势分布对在相应于晶格常数的波长的电子波表现出干涉。即，当电子波的波长接近于晶体的周期势时，由于三维衍射(布拉格衍射)导致反射发生。这现象阻止包含在特定能量范围的电子的通过。这形成了用于半导体装置等的电子带隙。类似地，折射率或介电常数周期性改变的三维构造体对电磁波表现出干涉并截止在特定频率范围的电磁波。在这种情况下，禁带指的是“光子学(photonic)带隙”，而三维构造体指的是“光子学晶体”。通过使用上述作用，光子学晶体可以用作用于截止在预定频率范围的电磁波传输的截止滤波器，或用作波导管或谐振器，其中向周期构造体中引入干扰周期性的异质部分以俘获在该部分中的光或电磁波。而且，光子学晶体可以应用于对光超低阈值用于光的激光器、用于电磁波的高方向性天线等。当电磁波的布拉格衍射在光子学晶体中发生时，通常产生两种类型的驻波。图6所示为两种类型的驻波。在图6A示出的驻波在具有低介电常数的区域种具有高振动能，而在图6B示出的驻波在具有高介电常数的区域具有高振动能。分成两种不同模式的两个驻波之间能级的波在晶体中是不允许存在的，由此导致带隙。光子学晶体具有一维、两维或三维构造体，但三维构造体需要获得完全的光子学带隙。用于形成三维构造体的方法实例包括利用方木层叠膜(square timberstacked film)(专利文献1和2)或通过利用自动克隆而保持形态的多层膜(专利文献3)，利用光学成型的方法(专利文献4和5)以及排列粒子的方法(专利文献6)。这些文献公开了一种通过处理绝缘体、介电材料或半导体材料如有机材料、陶瓷、Si等而形成光子学晶体的技术。而且，公开了一种通过固化含有树脂组合物和介电粒子的混合物而形成的三维构造体(专利文献7)。PCT日文译文专利出版物(Japanese Translation PatentPublication)2001-518707日本未审查专利申请出版物2001-74955日本未审查专利申请出版物2001-74954日本未审查专利申请出版物2000-341031PCT日文译文专利出版物2001-502256日本未审查专利申请出版物2001-42144日本未审查专利申请出版物2001-261977众所周知，在这样的光子学晶体中获得的光子学带隙随着两种组成材料的介电常数或折射指数之间的差异增加而变宽。然而，上述实际材料的介电常数和折射指数的极限例如在10至30GHz的频带中分别为约15和3.0。这样难于进一步增加空气和这些材料的介电常数或折射指数之间的差异(或比值)。因此，使用由具有恒定介电常数的介电材料组成的三维周期构造体不能获得宽的光子学带隙。用于解决这问题的可想到方法是通过结合具有不同带隙的周期构造体来加宽带隙。即，如在专利文献4中公开的那样，有效方法包含通过光成型含有分散在其中的陶瓷介电材料的可光固化树脂或排列每种含有分散在其中的陶瓷介电材料的固体而形成构造体，以形成晶格常数连续改变或介电常数改变的晶体。然而，某些被分散的陶瓷材料抑制了可光固化树脂的固化和透射，由此导致光成型的困难。因此，可使用材料受到限制，由此，分散的陶瓷介电材料的量也受到限制。为了解决这问题，在专利文献7中公开的方法也是有效的，在该方法中固化含有树脂组合物和介电粒子的混合物。然而，介电材料是混合的，这样会导致介电常数降低。包括排列含有分散在其中的陶瓷介电材料的热固性树脂或热塑性树脂嵌段来形成构造体的方法难于形成复杂的构造体如金刚石构造体。另一方面，专利文献5公开了通过光成型而形成的树脂构造体被含有分散在其中的高介电常数陶瓷的树脂浸渍，以形成光子学晶体。然而，只基于在专利文献5中公开的内容不能形成宽的光子学带隙。因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有在传统构造体中不能获得的宽光子学带隙的三维周期构造体以及用于制备该构造体的方法。
技术实现思路
本专利技术的三维周期构造体包含各自含有具有不同介电常数的第一和第二物质的多个三维周期构造体区域，所述第一和第二物质周期性分布在三维空间中，其中所述多个三维周期构造体区域在第一物质和第二物质的介电常数之间具有不同的比值。如上所述，当安置在第一物质和第二物质的介电常数之间具有不同的比值的多个三维周期构造体区域时，在宽频带上的光子学带隙可以通过结合相应的三维周期构造体区域的光子学带隙的特性而形成。本专利技术的三维周期构造体包含各自含有具有不同介电常数的第一和第二物质的多个三维周期构造体区域，所述第一和第二物质周期性分布在三维空间中，其中所述多个三维周期构造体区域具有不同的平均介电常数。在该构造体中，在宽频带上的光子学带隙可以根据平均介电常数通过结合在不同频带出现的光子学带隙而获得。在本专利技术中，第一物质为通过活化而光固化的树脂，该树脂构成具有以三维周期分布的空隙的晶体部分，而第二物质为含有分散在其中的陶瓷粒子的树脂，所述空隙填充有第二物质。在该构造体中，由第一物质构成的三维周期构造体可以精确并容易形成，而由具有高介电常数的第二物质构成的三维周期构造体可以容易地形成。在本专利技术中，第一物质为通过活化而光固化并含有分散在其中的陶瓷粒子的树脂，该树脂构成具有以三维周期性分布的空隙的晶体部分，而第二物质为填充在空隙中的树脂。在该构造体中，包含具有不同介电常数的第一和第二物质的三维周期构造体可以精确并容易地形成。在本专利技术中，第二物质为热固性树脂或热塑性树脂，而且在填充于空隙中后热固化。因此，可以形成完全固态的三维周期构造体。本专利技术的三维周期构造体包括多个被这样排列的三维周期构造体，以便介电常数之间的比值在排列方向的方向上增加或降低。在该构造体中，在更宽范围内的光子学带隙可以通过有效结合在第一和第二物质介电常数之间具有不同比值的相邻三维周期构造体单元的光子学带隙而获得。在本专利技术中，一个周期为0.1mm至30mm。因此，本专利技术可以提供一种例如在10GHz至30GHz的频带中具有宽光子学带隙的三维周期构造体。一种用于制备本专利技术三维周期构造体的方法包括如下步骤使用第一物质由光成型方法形成三维周期构造体，然后提供用于将三维周期构造体分成多个区域的隔离物的步骤，在光成型方法中，对于将形成的每个断面图案层(sectional pattern layer)，重复可光固化树脂的光辐照；通过真空脱气而填充构造体的各个区域中的空隙的步骤，所述的构造体由第一物质和多种第二物质构成，所述的多种第二物质具有分散在树脂中的不同含量的陶瓷；和固化第二物质的步骤。在该方法中，由第一物质构成的构造体通过隔离物分成多个区域，而各个区域填充有具有不同含量的陶瓷粒子的多种第二物质。这样可以容易地排列在第一和第二物质的不同介电常数之间具有不同比值的多个三维周期构造体区域。附图简述附图说明图1所示为根据本专利技术的第一实施方案的三维周期构造体的单元构造体的透视图。图2所示为制备三维周期构造体的步骤的图。图3所示为填充第二物质的浸渍步骤的图。图4所示为光学成型装置构造的图。图5所示为通过光学成型装置在目标成型过程中的状态的图。图6所示为当具有不同介电常数的两种物质周期性分布时产生的两种驻波的图。图7所示为用于测定三维周期构造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维周期构造体，其包含：各自含有具有不同介电常数的第一物质和第二物质的多个三维周期构造体区域，该构造体周期性地分布于三维空间中，其中所述多个三维周期构造体区域在第一和第二物质的介电常数之间具有不同比值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：桐原聪秀，宫本钦生，中川卓二，田中克彦，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]