三维周期性结构及其制造方法技术

提供一种三维周期性结构，包含具有不同介电常数的两种物质，具有高对比介电常数或折射率，它们周期性地分布在三维空间内。通过立体平版印刷法形成具有气孔的单位晶胞底层，其重复把光照射在要形成的剖面图案每层内的光硬化树脂，例如光敏环氧树酯的液体表面上的步骤。然后，通过无电电镀法在单位晶胞底层表面上形成由例如铜构成的导电薄膜。因此，获得一种三维周期性结构，其包含具有不同介电常数的两种物质，即树脂和空气，它们周期性地分布在三维空间内，并且包含形成在两种物质之间的界面上的导电薄膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
由于固态晶体内的原子核，周期性电位分布表现出其波长与晶格常数相对应的电子波干涉。例如，当所述电子波的波长非常接近晶体电位周期时，通过三维衍射(布拉格衍射)出现反射。这个现象防止特定能量范围内的电子通过。因此，形成在半导体设备内使用的电子带隙。类似地，周期性改变折射率或介电常数的三维结构表现出电磁波干涉，因此阻止特定频率范围内的电磁波。在这种情况下，被禁止的频带称为光子能带隙，三维结构称为光子晶体。认为可以利用上述光子晶体的效果来提供切断滤波器，其防止预定频带内的电磁波穿过，或者通过将非均匀部分引入周期性结构来提供波导管或共鸣器，非均匀部分干扰频率以阻挡光或电磁波。也可以考虑这些应用，例如超低阈值激光器或电磁高度定向天线。通常，当电磁波产生布拉格衍射时，在光子晶体内形成两种驻波。图1A和1B表示所述两种驻波。驻波A(图1A)在波振动的低介电常数区域上具有高能量，驻波B(图1B)在波振动的高介电常数区域上具有高能量。在分成两种不同模式的驻波之间，具有能量的波不能存在于晶体内，由此产生带隙。为了加宽带隙，增加这两种驻波之间的能量差。通过将两种介质介电常数之间的对比增强到很高的程度，或者通过增加具有高介电常数的介质体积比，可以实现这个。光子晶体具有一维、二维或三维结构。对于全部光子带隙而言需要三维结构。为了提供三维结构，存在例如使正方形材料成层的方法(公开号为2001-518707的PCT日本专利公开文本，公开号为2001-74955的日本未审专利申请公开文本)，使用通过自身繁殖的形状保留多层薄膜的方法(公开号为2001-74954的日本未审专利申请公开文本)，使用立体平版印刷的方法(公开号为2000-341031的日本未审专利申请公开文本，公开号为2001-502256的PCT日本专利公开文本)，分布颗粒的方法(公开号为2001-42144的日本未审专利申请公开文本)，等等。这些公开文本公开了分别通过处理绝缘、介电和半导体材料例如有机材料、陶瓷和硅来制造光子晶体的技术。然而，例如在10-30GHz的能带和最大折射率为3.0内，这些应用材料的最大相对介电常数为15。难以进一步增加介电常数和折射率的对比。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，所述结构包含具有不同介电常数的两种物质，具有高对度的比介电常数或折射率，它们周期性地分布在三维空间内。本专利技术提供一种三维周期性结构，包含具有不同介电常数的两种物质，这两种物质周期性地分布在三维空间内；位于所述两种物质之间界面上的导电薄膜，其表面电阻率约为0.3Ω/平方或更多。如果形成表面电阻率约为0.3Ω/平方或更多的导电薄膜，具有不同介电常数的两种物质周期性地分布在三维空间内，并且防止电流在金属膜延伸方向上流动。因此获得相当于用绝缘膜涂覆金属的情形时的优点。在本专利技术中，形成一种导电薄膜，其中独立的导电颗粒或多个导电颗粒簇粗糙地分布在所述两种物质之间的界面上。由于这个结构，具有不同介电常数的两种物质周期性地分布在三维空间内，并且防止电流在金属膜延伸方向上流动。因此获得相当于用绝缘膜涂覆金属的情形时的优点。所述导电薄膜包含导电率约为103S/cm或更大的导电材料。通过无电电镀法在两种物质之一表面上形成所述导电薄膜。根据本专利技术的制造三维周期性结构的方法是立体平版印刷法，该方法重复以下步骤将光照射在要形成的剖面图案每层内的光硬化树脂层上，以形成三维周期性结构的两种物质之一。附图说明图1A和1B表示当周期性地分布具有不同介电常数的物质时的两种驻波。图2A和2B是各自表示根据一个实施例的单位晶胞结构的透视图。图3表示在单位晶胞菱形结构内具有气孔的一个单位。图4A表示立体平版印刷装置的结构。图4B是表示激光束照射的光硬化树脂18的剖视图。图5A-5C各自表示由立体平版印刷装置形成的物体。图6是表示用于电镀单位晶胞底层的无电电镀时间和导电薄膜的表面电阻率之间关系的表格。图7表示用于单位晶胞的电磁波性质测量设备。图8A-8H是各自表示在单位晶胞底层上电镀导电膜的电镀时间和穿透性之间关系的曲线图。图9是表示导电薄膜2的表面电阻率、能带间隙的中心频率、以及表面相对介电常数之间关系的曲线图。图10是表示通过无电电镀形成的单位晶胞上导电薄膜表面的AFM图像的照片。具体实施例方式将参考附图依次描述。图2A和2B是各自表示光子晶体三维结构的透视图。图2A表示硬化的环氧基树脂1和形成在一块树脂1内的多个孔h。单位晶胞底层100’由包含孔h的树脂1构成。图2B表示导电薄膜2形成在图2A中所示的树脂1表面上的情况。通过在具有不同介电常数的两种物质即树脂1和空气之间的界面上形成导电膜2，构成单位晶胞100。如下所述，这些孔h周期性地分布在三维空间内。由于这个结构，提供三维周期性结构，其中具有不同介电常数的两种物质即树脂1和空气周期性地分布在三维空间内。对于光子晶体而言为了开发足够的电磁波反射效果，需要在所有晶体方向上形成宽的带隙。理想的晶体结构是三维菱形结构。在菱形结构中，单位晶格包括八个晶格结点；它们中的四个形成位于立方晶格中心的独立面，一个晶格位于某一位置上以便所述晶格沿着空间对角线移动另一晶格的1/4长度。菱形结构内的光子晶体是球状电介质位于菱形结构晶格结点上的晶体，或是通过组合电介质柱来模拟菱形结构原子键的晶体。图3表示后者单位结构的透视图。为了简化只图示气孔形状。在图2A所示的单位晶胞底层100’内，图3所示的菱形晶格结构内的气孔周期性的分布在树脂1内。上述结构可以称为反菱形结构。晶格内柱的直径和长度比约为23(纵横比约为1.5)。晶格常数为10mm。图4A表示制造图2A中所示的单位晶胞底层100’的装置。图示了用于填充由紫外线硬化的基于环氧的光硬化树脂18的容器15、在容器15内上下移动的升降台16、在升降台16顶部上形成的目标19、以及在目标19上按照预定薄膜厚度涂覆光硬化树脂18的涂刷器17。同样，图示了激光二极管10、用于改变来自激光二极管10的激光波长以产生紫外线的谐波发生器(LBO)11、作为波长选择元件的声光元件(AOM)12、扫描镜13、以及fθ透镜14。由此，配置成光学系统。在下文中描述使用立体平版印刷装置制造光子晶体的工艺步骤。首先，升降台16从光硬化树脂18的液体表面降低到预定深度。涂刷器17沿着液体表面移动以在升降台16表面上形成厚度约为100μm的光硬化树脂膜。然后由光学系统用波长为355nm并且光点直径为50μm和输出功率为110mW的紫外线照射液体表面。控制扫描镜13来调节激光二极管10，以便激光照射到光硬化树脂18要进行硬化的区域上，而不照射到其它区域上。参见例如图4B。通过聚合作用在激光束照射的光硬化树脂18液体表面上形成直径为120μm的球形硬化状态。当激光束以90m/s的速度扫描时，形成厚度为150μm的硬化状态。通过光栅扫描激光束形成与第一层剖面图案对应的目标19。然后，升降台16降低约200μm。移动涂刷器17以在目标19表面上形成厚度约为200μm的光硬化树脂膜。此后，类似于第一层，通过扫描和调节激光束在第一层上形成第二层剖面图案。通过聚合硬化粘接第一层和第二层。按照相同的方式形成第三层和后续层。通过重复所述处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维周期性结构，包含：具有不同介电常数的两种物质，所述两种物质周期性地分布在三维空间内，位于所述两种物质之间界面上的导电薄膜，其表面电阻率约为０．３Ω／平方或更多。

【技术特征摘要】
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【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]