WO2004113965A1 - フォトニック結晶の製造方法およびフォトニック結晶 - Google Patents

フォトニック結晶の製造方法およびフォトニック結晶 Download PDF

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WO2004113965A1
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photonic crystal
ceramic
composite
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Yasushi Enokido
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Tdk Corporation
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    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices

Definitions

  • the present invention relates to a photonic crystal manufacturing method and a photonic crystal.
  • a photonic crystal that exhibits a photonic band gap (hereinafter simply referred to as a “band gap”) can be used as an element that controls light and electromagnetic waves.
  • the photonic crystal can be used as a transmission line.
  • Photonic crystals ⁇
  • the periodic structure of the permittivity is two-dimensional (hereinafter referred to as “two-dimensional periodic structure”)
  • the photonic crystal and the periodic structure of the permittivity are three-dimensional It is roughly divided into photonic crystals.
  • the first photonic crystal fabricated is a three-dimensional periodic structure called "yablonovite" j shown in Fig. 21 (e. Yablonovitch, TJ Gmitter and KM Leung: Phys. Rev. Lett. 67, 2295). (See 1991.)
  • the jabronobite is formed at an angle of 35.26 ° with respect to the normal line from each of the openings 82 triangularly arranged at predetermined intervals in the dielectric block 81. It is produced by piercing at an interval of 120 ° from the direction.
  • reference numerals 82a to 82c indicate the piercing direction.
  • photonic crystals Since Jabronobite, many photonic crystals have been proposed, regardless of the two-dimensional and three-dimensional periodic structures. These photonic crystals are manufactured using micromachine technology, wafer fusion, semiconductor microfabrication technology, self-S-cloning technology, polymer polymerization reaction using two-photon absorption, stereolithography, dry etching, etc. (Hereinafter collectively referred to as “micro-machine technology”).
  • micro-machine technology In addition to the method using micromachine technology and the like, a method for producing a photonic crystal using an epitaxy crystal growth method (see JP-A-2001-237616) and a method using a mounter device (see JP-A-2001-37616). — See 237617 publication).
  • Photonic crystals are made using two or more substances with different dielectric constants.
  • air is often used as one of these types, but in recent years, dielectrics used in semiconductor technologies such as Si and Ga As, and polymer materials, photocurable resins, and dielectric ceramics have been combined. It has also been proposed to produce a nick crystal (see, for example, JP-A-2001-237716 and JP-A-2001-237617).
  • an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a photonic crystal excellent in mass productivity and the like. It is another object of the present invention to provide a technique for easily obtaining a small and high-performance photonic crystal and a technique for obtaining a photonic crystal having a fine pattern. Disclosure of the invention
  • the present inventors have made various studies. As a result, it is effective to stack a plurality of composite dielectrics in which the first dielectric and the second dielectric having a relative dielectric constant different from that of the first dielectric are periodically arranged in the same plane. It was found that That is, the present invention relates to a method for manufacturing a photonic crystal in which a first dielectric and a second dielectric having a relative permittivity different from that of the first dielectric are periodically arranged. A first composite dielectric in which a dielectric and a second dielectric are periodically arranged in the same plane is produced, and the first composite dielectric includes a first dielectric and a second dielectric. Is a method of manufacturing a photonic crystal characterized by laminating a second composite dielectric periodically arranged in the same plane.
  • the method for producing a photonic crystal of the present invention includes the first form and the second form, which are the two forms, depending on the material constituting the first dielectric and the second dielectric.
  • the first dielectric is composed of dielectric ceramics
  • the second dielectric is composed of air.
  • both the first dielectric and the second dielectric are made of dielectric ceramics.
  • the first composite dielectric and the second composite dielectric in which holes penetrating in the thickness direction are formed in a predetermined pattern are laminated, and voids in the predetermined pattern are periodically arranged.
  • a dielectric block can be obtained.
  • Dielectric ceramics have a higher dielectric constant than dielectrics used in semiconductor technologies such as Si and GaAs, polymer materials, and photocurable resins.
  • the size of the photonic crystal can be reduced.
  • the ratio of the relative dielectric constant of both dielectrics can be increased, so that a wide band gap can be obtained.
  • the first and second composite dielectrics can be obtained by perforating a sheet-like member. It should be noted that perforation may be performed for each sheet-like member, or a plurality of perforations may be performed depending on the thickness of the sheet-like member.
  • a composite dielectric material obtained by perforating a sheet-like member is provided. By stacking the bodies, a predetermined pattern of voids is periodically arranged in the dielectric block. As a result, it is possible to form voids of a predetermined pattern in the dielectric block in a short time without requiring a complicated process.
  • a photonic crystal of the present invention is characterized in that a perforated thin composite dielectric is prepared in advance and laminated to obtain a dielectric block in which voids of a predetermined pattern are periodically arranged. According to the manufacturing method, a photonic crystal having a finer pattern than before can be obtained.
  • photonic crystals can be used for optical waveguides by providing defects, but it is difficult to introduce point defects into dielectric blocks fabricated by conventional methods.
  • the photonic crystal manufacturing method of the present invention in which the perforated composite dielectric is laminated, it is easy to obtain a dielectric block in which point defects are introduced.
  • first and second composite dielectrics may be obtained by a printing method such as screen printing. .
  • the lamination of the first and second composite dielectrics can also be performed by the printing method.
  • a dielectric block is manufactured by a novel method of laminating a composite dielectric in which holes penetrating in a thickness direction are formed in a predetermined pattern. Therefore, at the time when the lamination of the first and second composite dielectrics is completed, the dielectric block should be configured such that a gap of a predetermined pattern penetrates the front and back surfaces and air is disposed in the gap. Can be.
  • the method of the present invention is advantageous in that the gap of the predetermined pattern can be formed in a short time and with high accuracy as compared with the method of forming the gap of the predetermined pattern by performing dry etching or the like.
  • the above-described method for manufacturing a photonic crystal of the present invention can be applied to either a case where a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure is manufactured or a case where a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is manufactured. . That is, a photonic crystal having not only a two-dimensional periodic structure but also a three-dimensional periodic structure can be obtained by appropriately selecting the pattern of the holes formed in the ceramic composition.
  • the present invention is used to fabricate a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure, the time required for fabricating a photonic crystal can be significantly shorter than in the past.
  • the first dielectric and the second dielectric having a relative dielectric constant different from that of the first dielectric are provided, and the first dielectric and the second dielectric are provided.
  • the body is a photonic crystal arranged at a predetermined period, and a dielectric block made of dielectric ceramics having a void having a diameter of 2 mm or less formed in a predetermined pattern constitutes a first dielectric, and the inside of the void is formed. It is possible to produce a photonic crystal characterized by the fact that the air present in the air constitutes the second dielectric.
  • the first mode in which the first dielectric is composed of dielectric ceramics and the second dielectric is composed of air has been described, but then the first dielectric and the second dielectric are either The second embodiment composed of dielectric ceramics will also be described. .
  • both the first dielectric and the second dielectric are dielectric ceramics.
  • Dielectric ceramics have a higher dielectric constant than dielectrics used in semiconductor technologies such as Si and GaAs, polymer materials, and photocurable resins. For this reason, a small and high-strength photonic crystal can be obtained by using both the first dielectric and the second dielectric as dielectric ceramics.
  • the bandgap of the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic can be increased. An otonic crystal can be obtained.
  • dielectric ceramics are also advantageous in that they have a smaller material loss than dielectrics used in semiconductor technology, polymer materials, and photocurable resins.
  • the second form includes two forms.
  • a sheet-shaped first composite dielectric and a second composite dielectric in which holes penetrating in a thickness direction are formed in a predetermined pattern are laminated, and a predetermined shape is formed.
  • the feature [5] is that the method includes a step of obtaining a dielectric block in which voids of the pattern are periodically arranged and a step of arranging a second dielectric in the voids.
  • a dielectric block is prepared in advance and then a hole is formed in the dielectric block to form a predetermined pattern of voids.
  • the dielectric block is formed by laminating perforated composite dielectrics. Then, a predetermined pattern of voids is periodically arranged. As a result, it is possible to form voids of a predetermined pattern in the dielectric block in a short time without requiring a complicated process.
  • the through-hole may be perforated for each composite dielectric, or may be perforated depending on the thickness of the composite dielectric.
  • a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure as well as a two-dimensional periodic structure can be obtained.
  • a perfect band gap could be obtained by arranging an air column on a triangular lattice in a dielectric as a two-dimensional periodic structure photonic crystal that could obtain a complete band gap.
  • the fabrication was difficult due to the small thickness of the steel.
  • a dielectric block in which voids of a predetermined pattern are periodically arranged is obtained, and then a second dielectric is provided in the voids of the dielectric block. If a dielectric is filled, it is easy to obtain a two-dimensional periodic structure of a photo-etched crystal that can obtain a complete band gap.
  • the dielectric block may be configured such that a gap of a predetermined pattern penetrates the front and back surfaces. After making the dielectric block, dry etching etc. is performed on the dielectric block
  • the method of the present invention is advantageous in that the gap of the predetermined pattern can be formed in a short time and with high accuracy as compared with the method of forming the gap of the predetermined pattern.
  • a method of making the second dielectric into a slurry state and filling the slurry in the gap of the dielectric block is a filling step. Is effective in simplifying and reducing the time.
  • the second dielectric is contained in the slurry as a powder.
  • a method of filling the second dielectric a method of growing a dielectric by epitaxy crystal has also been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-237716).
  • the types of dielectrics on which epitaxial crystals can be grown are naturally limited, and enormous time is required for epitaxially growing dielectrics to a predetermined thickness.
  • the second method is more effective than when epitaxial crystal growth is used.
  • the process of filling the second dielectric into the gaps of the dielectric block can be completed in a short time.
  • the slurry-like second dielectric When the slurry-like second dielectric is filled in the gap of the dielectric block, a method using suction or pressure is suitable.
  • the slurry containing the second dielectric hereinafter, referred to as
  • the first dielectric and the second dielectric can be simultaneously fired.
  • the first dielectric and the second dielectric are preliminarily selected so as to satisfy the condition that simultaneous firing is possible.
  • the molded body obtained by drying the dielectric block filled with the second dielectric may be used as it is as a photonic crystal, but by using a sintered body, the mechanical strength and the dielectric constant are further improved. I do.
  • the thickness of the composite dielectric it is desirable that the thickness of the composite dielectric be 1 to 800 ⁇ 8 ⁇ .
  • the thickness of the composite dielectric By setting the thickness of the composite dielectric within this range, it is possible to improve the handling when forming a predetermined pattern of holes in the composite dielectric. If the sheet thickness is too large, the cross-sectional shape of the hole tends to be distorted. If a dielectric block is formed by laminating composite dielectrics having irregular cross-sectional shapes of holes, the pattern of the voids in the dielectric block cannot be formed into a desired pattern. It becomes difficult to obtain a photonic crystal having a desired band gap. On the other hand, by setting the thickness of the dielectric sheet to 1 to 800 m, it becomes possible to form voids having a desired pattern in the dielectric block while improving handling. .
  • the above-described method for manufacturing a photonic crystal of the present invention can be applied to either a case where a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure is manufactured or a case where a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is manufactured. This is as described above.
  • a second mode (second mode) of the second mode will be described.
  • the twelfth aspect is to summarize a ceramic composite (composite dielectric) in which a plurality of dielectric ceramics are periodically arranged in the same plane.
  • the first composite dielectric and the second composite dielectric are provided with the first ceramic composition constituting the first dielectric at a portion corresponding to the first dielectric, and It is characterized by being produced by disposing a second ceramic composition constituting a second dielectric at a site corresponding to the dielectric.
  • the first 'ceramic composition is composed of a mixture of a powdery first dielectric ceramic, a dispersion medium, a binder resin and the like.
  • the second ceramic composition is composed of a mixture of a powdery second dielectric ceramic, a dispersion medium, a binder resin, and the like.
  • the method of disposing the first and second ceramic compositions is not particularly limited. For example, both compositions can be disposed on the same plane by using a printing method.
  • the arrangement of the first ceramics composition and the second ceramic composition may be performed by disposing only the first ceramic composition in a predetermined area.
  • a mode in which the second ceramic composition is provided (or vice versa) is exemplified.
  • the first ceramic composition and the second ceramic composition may be printed in a predetermined area in a single printing step using, for example, a Daravia printing method.
  • the above-described second to second modes include two modes for laminating the ceramic composite.
  • the first mode is to form a plurality of ceramic composites including the first ceramic composition and the second ceramic composition in advance, and then stack the ceramic composites.
  • a ceramic composite is produced by first disposing only the first ceramic composition and then disposing the second ceramic composition. Then, the first ceramic composition (or the second ceramic yarn composition) is provided on the ceramic composite, and thereafter, the first ceramic composition (or the first ceramic composition) is subjected to the first ceramic composition. Arrange Yagata. By repeating this process, the ceramic composite is laminated.
  • the method for producing a photonic crystal of the present invention may further include the step of firing the laminate of the ceramic composite.
  • the first dielectric ceramics contained in the first ceramic composition and the second dielectric ceramic contained in the second ceramic composition are simultaneously fired. It will be. Therefore, when performing the firing step, the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic are selected in advance so as to satisfy the condition that simultaneous firing is possible.
  • the ceramic composite laminate may be used as it is as a photonic crystal, but by using a sintered body as described above, the mechanical strength and the dielectric constant are further improved.
  • the above-described method for manufacturing a photonic crystal of the present invention can be applied to a case where a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure is manufactured and a case where a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is manufactured. Is as described above. According to the above-mentioned 2-1 form or 2-2 form, the block-shaped first dielectric material is formed. 2004/008693
  • a columnar second dielectric having a relative dielectric constant different from that of the first dielectric is a photonic crystal arranged at a predetermined period, wherein the first dielectric and the second dielectric are
  • the second dielectric is composed of dielectric ceramics, the second dielectric is composed of a plurality of cylindrical members having a diameter of 2 mm or less, and the second dielectric is the front and back surfaces of the first dielectric.
  • New photonic crystals arranged at predetermined intervals so as to penetrate through.
  • FIG. 1 is a view for explaining a method of manufacturing a photonic crystal according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing the photonic crystal in the first embodiment
  • FIG. 3 is a dielectric that can be used in the present invention.
  • FIG. 4 is a table showing the dielectric properties of ceramics
  • FIG. 4 is a perspective view showing a photonic crystal according to the second embodiment
  • FIG. 5 is a flowchart for producing a photonic crystal by a sheet method
  • FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing a process of fabricating the dielectric block shown in FIG. 5
  • FIG. 7 is a plan view showing an example of a pattern used when fabricating a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure
  • FIG. 8 is a photonic.
  • FIG. 9 is a flowchart for producing photonic crystals by printing method
  • FIG. 10 schematically shows the printing process in FIG. Fig. 11, Fig. 11 is a flow chart for manufacturing a photonic crystal by the printing method
  • Fig. 12 is a cross-sectional view schematically showing the ceramic composite manufacturing process shown in Fig. 11
  • Fig. 13 is Fig. 11 is a cross-sectional view schematically showing the laminating process shown in Fig. 11
  • Fig. 14 is a flow chart for producing a photonic crystal by a printing method
  • Fig. 15 is a dielectric material shown in Fig. 14.
  • FIG. 16 schematically shows a block manufacturing process.
  • FIG. 16 schematically shows a block manufacturing process.
  • FIG. 16 is a flowchart in the case where a photonic crystal is manufactured by a printing method.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the printing process shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a modification for obtaining a ceramic composite.
  • FIG. 19 is a photograph of sample 1 having a two-dimensional periodic structure obtained in the first embodiment.
  • FIG. 20 shows the reflection and reflection of sample 1 having the two-dimensional periodic structure obtained in the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a Yablonovite known as a photonic crystal. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a view for explaining a method for producing a photonic crystal of the present invention.
  • a photonic crystal 100 is produced by laminating and integrating thin green sheets (composite dielectrics, sheet-like members) 11. It is characterized by.
  • the photonic crystal 100 includes a first dielectric part 1 composed of a first dielectric and a second dielectric part 2 composed of a second dielectric.
  • the present invention relates to a mode in which one of a first dielectric and a second dielectric is a dielectric ceramic and the other is air (hereinafter, referred to as a “first mode”). And a form in which both of the second dielectric and the second dielectric are dielectric ceramics (hereinafter referred to as “second form”).
  • FIG. 2 is a perspective view showing the photonic crystal in the first embodiment.
  • the photonic crystal 100 includes a first dielectric part 1 and a second dielectric part 2.
  • the photonic crystal 100 has a two-dimensional periodic structure, and the second dielectric portion 2 is arranged to penetrate the front and back surfaces of the photonic crystal 100.
  • the dielectric ceramics constitute the first dielectric part 1, and the air as the dielectric constitutes the second dielectric part 2.
  • the dielectric ceramic constituting the first dielectric part 1 has a higher dielectric constant than dielectrics used in semiconductor technologies such as Si and GaAs, polymer materials, and photocurable resins.
  • the element can be reduced in size. This is because the wavelength in the dielectric is inversely proportional to the square root of the relative permittivity, and a material having a higher relative permittivity has a greater wavelength shortening effect, which is advantageous for downsizing the device.
  • the air constituting the second dielectric portion 2 has an advantage that the loss is small.
  • the relative dielectric constant of air is 1, by using air as the second dielectric, the ratio between the relative dielectric constant of the first dielectric part 1 and the relative dielectric constant of the second dielectric part 2 is reduced. Can be larger. As the ratio between the relative permittivity of the first dielectric portion 1 and the relative permittivity of the second dielectric portion 2 increases, a wider band gap can be formed. As described above, by using dielectric ceramics as the first dielectric and air as the second dielectric, a wide band gap can be formed, thereby achieving low loss and miniaturization of the element. An advantageous photonic crystal 100 can be obtained.
  • the air as the second dielectric exists in a columnar void having a diameter of 2 mm or less.
  • the photonic crystal 100 is manufactured by laminating the ceramics composition in which holes penetrating in the thickness direction are formed in a predetermined pattern. It is possible to form a suitable gap in the photonic crystal 100. In order to increase the strength of the photonic crystal 100, it is effective to reduce the size of the void in which the second dielectric is arranged, that is, the size of the second dielectric part 2.
  • the arrangement, size, shape, and the like of the void in which the second dielectric is arranged can be appropriately set according to the characteristics required for the photonic crystal 100. Therefore, the size of the gap in which the second dielectric is arranged can be larger than 2 mm in diameter, and the gap can be formed not in a columnar shape but in a rectangular parallelepiped shape.
  • the dielectric ceramic as the first dielectric is appropriately selected according to the characteristics required for the photonic crystal 100.
  • the ratio between the relative permittivity of the first dielectric and the relative permittivity of the second dielectric increases, a wider band gap can be formed. Those having a high relative dielectric constant are desirable. The desirable relative permittivity ratio depends on the characteristics of the photonic crystal 100 to be finally obtained.
  • a dielectric ceramic having a small material loss in a used frequency band is preferable as the first dielectric. This is because when the photonic crystal 100 is manufactured using dielectric ceramics, the material loss due to those substances cannot be ignored depending on the use of the photonic crystal 100. By constructing the photonic crystal 100 using air with almost zero loss and no need to consider the loss and dielectric ceramic with low loss, the device using the photonic crystal 100 can be further improved. It can be of low loss.
  • the A 1 2 ⁇ 3 based ceramics is compositionally a system containing A 1 2 0 3 only systems containing, or A 1 2 0 3 other minor amounts of additives, A as a main component the crystal structure of 1 2 0 3 is meant that held. The same applies to other ceramics.
  • Figure 3 shows the relative dielectric constant, Q ⁇ f (product of Q value and frequency), and f (temperature coefficient of resonance frequency) of typical dielectric ceramics described above.
  • the specific high dielectric constant, low loss, and B a superior in ⁇ characteristics 0_T i 0 2 - rare earth ceramics (B a, Pb) Nd 2 T 0 12 system Serra Mix, (B a, P b) (N d, B i) 2 T i 4 0 2 ceramics are particularly desirable arbitrariness.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a photonic crystal according to the second embodiment.
  • the photonic crystal 10OA includes a first dielectric part 1A and a second dielectric part 2A.
  • the first dielectric part 1A is made of a first dielectric ceramic
  • the second dielectric part 2A is made of a second dielectric ceramic.
  • the photonic crystal 10OA has a two-dimensional periodic structure, and the second dielectric part 2A penetrates the front and back surfaces of the photonic crystal 10OA.
  • the photonic crystal 10OA in the second embodiment is characterized in that dielectric ceramics are used for both the first dielectric portion 1A and the second dielectric portion 2A.
  • dielectric ceramics are used for both the first dielectric portion 1A and the second dielectric portion 2A.
  • the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic can be made of, for example, a barium titanate-based ceramic, a lead titanate-based ceramic, or a strontium titanate-based ceramic according to the characteristics required for the photonic crystal 10 OA. It is appropriately selected from ceramics, titanium dioxide-based ceramics, barium 'neody' titanium-based ceramics, alumina-based ceramics, silica-based ceramics, glass composite materials, and the like.
  • the first dielectric ceramics and the second dielectric ceramics are set so that the ratio between the relative dielectric constant of the first dielectric ceramic and the relative dielectric constant of the second dielectric ceramic increases. Select 2 dielectric ceramics respectively.
  • the relative dielectric constant of high-frequency dielectric ceramics is about 3 to 100, so when selecting a first dielectric ceramic having a low relative dielectric constant, the second dielectric ceramic must be used. By selecting a material having a high relative dielectric constant, a wide band gap can be formed. Conversely, the first dielectric ceramic has a high relative dielectric constant and the second dielectric ceramic has a low relative dielectric constant. A gap may be formed.
  • the desirable ratio of the relative permittivity depends on the characteristics of the photonic crystal 10OA desired to be finally obtained.
  • dielectric ceramics having a small material loss in a frequency band to be used are selected. This is because when photonic crystal 10OA is manufactured using a plurality of dielectric ceramics, material loss due to those substances cannot be ignored depending on the use of photonic crystal 10OA. . By forming the photonic crystal 10OA using the dielectric ceramics having a small loss, the element using the photonic crystal 10OA can have a low loss.
  • the first dielectric portion 1A and the second dielectric portion 2A of the photo-etch crystal 10OA in the present embodiment are simultaneously fired. Therefore, as the first dielectric ceramics and the second dielectric ceramics, those capable of being simultaneously fired, specifically, those having matching heat shrinkage are selected. Whether or not the heat shrinkage is matched can be determined by the shrinkage ratio and the like when firing at the same temperature.
  • the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic are selected.
  • the first dielectric ceramics and the second dielectric ceramics are set so that the ratio of the relative dielectric constants of the first dielectric ceramics and the second dielectric ceramics increases.
  • the following describes an example in which a photonic crystal 10 OA is manufactured using a dielectric ceramic having a low relative dielectric constant as a ceramic and a dielectric ceramic having a high relative dielectric constant as a second dielectric ceramic. Will be described.
  • the first dielectric ceramic constituting the first dielectric portion 1A a ceramic material having a low relative dielectric constant, a glass composite material, or the like is used. Specifically, B a OS i 0 2 - A 1 2 0 3 - B 2 0 3 based ceramic and S i 0 2 based ceramics, B 2 0 3 based ceramic, 2Mg OS i 0 2 based ceramic, A 1 2 0 3 based ceramic box, a 1 2 0 3 - T I_ ⁇ 2 ceramic, the Z R_ ⁇ 2 ceramic or the like can be used as the first dielectric ceramics. These are all suitable as the first dielectric ceramics because their relative dielectric constants are as low as about 2 to 20 and the dielectric loss is low.
  • the second dielectric ceramic constituting the second dielectric portion 2A a ceramic material having a high relative dielectric constant, a glass composite material, or the like is used. Specifically, B a ON d 2 0 3 -T i 0 2 - B 2 0 3 - Z n 0 2 -C u O based ceramic or A 1 2 0 3-T i 0 2 based ceramics, T i 0 Series 2 ceramics, B a O—B i 2 0 3 — N d 2 0 3 -T i 0 Series 2 ceramics, B aO— B i 2 ⁇ 3 — N d 2 ⁇ 3 — T i 0 2 — S r T i 0 3 based ceramic, B aO-PbO- Nd 2 ⁇ 3 - T i 0 2 based ceramics, B a N d 2 T i 5 0 14 -based ceramics, B a Sm 2 T i 5 0 14 -based ceramic
  • System ceramics (Z r, S n) T I_ ⁇ 4 ceramic, B a (Zn, T a ) 0 3 system ceramics, B a (Mg, T a ) 0 3 based ceramic, Mg T i 0 3 — CaTiO 3 ceramics or the like can be used as the second dielectric ceramic. These are all suitable as the second dielectric ceramics because their relative dielectric constants are as high as about 5 to 200 and their dielectric loss is low.
  • Second dielectric ceramics B a O— S i 0 2 — A 1 2 0 3 — B 2 0 3 dielectric ceramics (relative permittivity 6.4) Second dielectric ceramics:
  • the relative permittivity ⁇ is 6.4, B a ⁇ — S i ⁇ 2 — A 1 2 0 3 —B 2 0 3 dielectric ceramics and B aO— Nd 2 0 3 — T i 0 2 — B 2 0 3 —Zn 2 — CuO-based dielectric ceramics with relative permittivity of 75.4
  • the combination with is particularly desirable. This combination has a large relative permittivity ratio of about 11.8, and matches the heat shrinkage, so that simultaneous firing is possible.
  • the photonic crystal 10OA is formed using a plurality of types of dielectric ceramics, that is, the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic. As a result, the strength of the product can be improved.
  • the photonic crystal 100 using dielectric ceramics and air, and the photonic crystal 10OA using two types of dielectric ceramics have been described in detail above.
  • the dimensions of the photonic crystals 100 and 100A need to be determined according to the frequency used. For example, when the periodic structure for 4 to 5 periods in the K band (18 to 26.5 GHz) is used, the dimensions of the photonic crystals 100 and 100A in the first and second embodiments are 8 It is about 12 mm x 2 to 6 mm x 16 to 20 mm.
  • the “period” indicates a period at which the second dielectric portion 2 (or the second dielectric portion 2A) is arranged.
  • the photonic crystals 100 and 100 A in the first embodiment and the second embodiment have a band gap particularly in a microwave to submillimeter wave region, and include a waveguide, a finoleta, a resonator, a duplexer, and the like. It is preferably used as
  • a method of manufacturing the photonic crystal 100, 100OA will be described.
  • a dielectric block is formed using a so-called sheet method to obtain a photonic crystal 100
  • a hole is formed in a dielectric ceramic sheet prepared in advance in a thickness direction in a predetermined pattern, and by laminating the perforated dielectric ceramic sheet, a predetermined pattern is formed.
  • An example of forming a dielectric block in which a gap is formed will be described.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the photonic crystal 100 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a process of manufacturing the dielectric block shown in FIG.
  • the first method is a sheet manufacturing process in which a dielectric ceramic powder and a resin are mixed to form a sheet, and holes formed in the sheet obtained in the sheet manufacturing process in a thickness direction are formed in a predetermined pattern.
  • a dielectric block including a first dielectric is produced through a sheet producing step, a sheet punching step, and a sheet laminating step. Therefore, the sheet production process, sheet punching process and sheet lamination process are collectively referred to as appropriate.
  • dielectric block manufacturing step This is referred to as a “dielectric block manufacturing step”.
  • air as the second dielectric is disposed in the dielectric block including the first dielectric.
  • dielectric ceramic powder, binder resin and The dispersion medium is mixed with a ball mill or a machine to obtain a slurry.
  • the average particle diameter of the dielectric ceramic powder should be about 0.1 to 20 tm.
  • the use of dielectric ceramic powder having an average particle size of about 0.1 to 20 ⁇ enables high-density molding, suppresses powder agglomeration, and stably forms a periodic structure. be able to.
  • the desirable average particle diameter of the dielectric ceramic powder is 0.5 to 10 jm, and the more desirable average particle diameter is 0.5 to 5 ⁇ 111.
  • an acrylic resin, a petial resin, an ethylcellulose resin, or the like can be used as the pinda resin.
  • Various organic solvents such as acetone, toluene, methyl ethyl ketone, and ethanol can be used as the dispersion medium.
  • the ratio of the dielectric ceramics, the binder resin, and the dispersion medium may be about 10 to 40: 5 to 20:40 to 85 at Vo 1%, respectively.
  • a dispersing agent such as olein maleic acid copolymer and oleic acid can be further added.
  • a dispersant When a dispersant is added, its amount may be about 0.1 to 5 wt% based on the dielectric ceramic.
  • the slurry thus obtained is applied on a film (for example, PET film) using a doctor blade method or the like, and dried to obtain a Darin sheet 11 as shown in FIG. 6 (a).
  • holes penetrating in the thickness direction are formed in a predetermined pattern in a sheet punching step described later. If the thickness of the green sheet 11 is too thick, the cross-sectional shape of the hole penetrating the green sheet 11 becomes irregular. Specifically, the hole diameter on the upper surface of the sheet and the hole diameter on the lower surface of the sheet are different, so that it tends to be trapezoidal.
  • the shape of the void in the dielectric block also becomes distorted, and a desired pattern cannot be formed. It is difficult to obtain a photonic crystal 100 having a desired band gap, which is not preferable.
  • the thickness of the green sheet 1 is 1! 8800 ⁇ , more preferably 10 to 500 ⁇ m, and even more preferably 20 to 200 ⁇ m.
  • the desired sheet thickness also depends on the perforation method, and needs to be set appropriately according to the perforation method.
  • holes h penetrating in the thickness direction are formed in the green sheet 11 obtained in the sheet forming step in a predetermined pattern.
  • This pattern is appropriately determined depending on whether the finally obtained photonic crystal has a two-dimensional periodic structure or a three-dimensional periodic structure.
  • a punch having a pattern as shown in FIG. 7 may be prepared. By using such a punch, a plurality of holes h can be formed in the green sheet 11 in one step. Note that, depending on the thickness of the green sheet 11, a plurality of green sheets 11 may be stacked and punched. It is not an essential requirement to use a punch having a pattern as shown in FIG. 7, and a single-hole punch may be used to perforate the green sheet 11.
  • the size of the hole h is appropriately set according to the characteristics of the photonic crystal 100 to be finally obtained.
  • the block-shaped member is perforated by a method such as dry etching or the like.
  • a fine perforated pattern can be formed in the green sheet 11: e.
  • the size of the hole h to be drilled in the sheet punching step is determined in consideration of the shrinkage rate during firing. For example, when it is desired to obtain a photonic crystal 100 having a void having a diameter of 1 mm after firing, a hole h of about 1.1 to 1.3 mm may be formed in the sheet punching step. Assuming that the dielectric block 13 before firing has a relative density of about 50 to 60% and that it has a density of 100% by firing, its linear shrinkage ratio is 15.7 to 2 0.6%. In this case, if it is desired to obtain a photonic crystal 100 having a void having a diameter of 1 mm after firing, In the top punching process, a hole h of about 1.19 to 1.26 mm may be formed.
  • the three-dimensional structure is considered as a laminate of a plurality of thin layers, and each green sheet 11 is formed into a shape corresponding to each layer. It suffices to pierce.
  • the perforation method is the same as that for producing the photonic crystal 100 having a two-dimensional periodic structure.
  • thermocompression bonding is performed each time one green sheet 11 is laminated, or may be performed after a plurality of green sheets 11 are laminated.
  • a dielectric block 13 in which voids having a predetermined pattern are formed as shown in FIG. 6 (d) is finally obtained. That is, thermocompression bonding is performed to integrate the green sheets 11.
  • the heating temperature at the time of thermocompression bonding depends on the resin component used when producing the green sheet 11.
  • the resin used for producing the sheet is an acrylic resin
  • the heating temperature may be set to 70 to 90 ° C.
  • the pressure may be appropriately set according to the thickness of the sheet, and may be set to about 20 to 80 kgf Z cm 2 . If the temperature is too high, or if the pressure is too high, the shape of the holes h formed in the green sheet 11 will change significantly, and the voids in the dielectric block 13 will be immersed. If the voids in the dielectric block 13 are crushed, it becomes difficult to finally obtain a photonic crystal 100 having a desired pattern.
  • the bonding between the green sheets 11 becomes insufficient and peeling occurs. If the bonding between the green sheets 11 is insufficient, delamination and cracks occur after firing, and it is also difficult to finally obtain a photonic crystal 100 having a desired pattern.
  • voids having a predetermined pattern are formed in the dielectric block 13 obtained by laminating the green sheets 11 in which the holes h are formed.
  • voids having a predetermined pattern are formed in the example of FIG. 6 (d).
  • a large number of cylindrical voids are formed so as to penetrate the front and back surfaces of the dielectric block 13.
  • FIG. 6 (d) shows an example in which the number of laminated green sheets 11 is six.
  • the number of laminated layers is not particularly limited, and the size of the photonic crystal 100 to be finally obtained is not limited. It is determined appropriately according to the thickness of the green sheet.
  • the dielectric block 13 is obtained through the sheet manufacturing step, the sheet punching step, and the sheet laminating step.
  • the dielectric block 13 is cut into a predetermined shape in accordance with the use of the photonic crystal 100 finally obtained.
  • the dielectric block 13 cut into the predetermined shape is appropriately cut. It is referred to as “molded body”).
  • binder removal processing is performed in advance before the firing step.
  • the binder removal processing may be performed under normal conditions, that is, under conditions where the binder can be disassembled and neck losing does not start.
  • the binder removal process is performed at a heating rate of 30 to 120 ° C / h, a holding temperature of 400 to 600 ° C, and a holding time of 0 to 2 hours.
  • Photonic crystal of the molded body obtained after performing binder removal processing as it is 1
  • the dielectric ceramics in the molded body constitute the first dielectric part 1, while the air present in the voids of the first dielectric part 1 in the predetermined pattern constitutes the second dielectric part 2.
  • the photonic crystal 100 with further improved mechanical strength and relative dielectric constant can be obtained by performing the following sintering step and turning the molded body into a sintered body.
  • the process proceeds to the firing process.
  • the compact is heated and maintained at a predetermined atmospheric temperature.
  • the firing conditions may be appropriately set according to the type of the dielectric ceramic. For example, baking is performed in the atmosphere, at a heating rate of 300 to 1200 ° C / h, a holding temperature of 800 to 100 ° C, and a holding time of 0.1 to 3 hours.
  • the hole h penetrating in the thickness direction is In this case, a dielectric block 13 in which voids of a predetermined pattern are periodically arranged is obtained by laminating a Darin sheet 11 in which a predetermined pattern of holes h is perforated in a predetermined pattern in the substrate Ml. did.
  • the method of manufacturing the photonic crystal 100 in the first method that does not require a complicated process, the 'photonic crystal 100' can be manufactured simply and in a short time. Therefore, the method for producing the photonic crystal 100 in the first method is excellent in mass productivity.
  • the photonic crystal 100 is manufactured using dielectric ceramics having a higher relative permittivity than other dielectric materials, so that the element size can be reduced. Furthermore, since the photonic crystal 100 is manufactured using a dielectric ceramic having a high relative permittivity and air having a relative permittivity of 1, the ratio of the relative permittivity of both dielectrics is increased. And a wide band gap can be obtained.
  • the first method employing the sheet laminating method it is possible to easily obtain a photonic crystal 100 having fine holes h penetrating the front and back surfaces thereof.
  • the perforation pattern is the same for each of the green sheets 11
  • the perforated pattern of the green sheet 11 may be changed as appropriate for each sheet.
  • a perforation pattern in which holes h penetrating in the thickness direction are arranged in a triangular lattice shape is provided for each sheet. What is necessary is just to change suitably.
  • the photonic crystal 100 having a desired periodic structure can be obtained by appropriately selecting the shape of the pattern. The degree of freedom is high.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the method for manufacturing the photonic crystal 10OA shown in FIG.
  • a dielectric block 13 is manufactured under the same conditions as in the first method.
  • the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic are periodically cycled.
  • the photonic crystal 10 OA is arranged in a random fashion.
  • the powder slurry containing the second dielectric ceramic becomes the second dielectric part 2A.
  • the second dielectric ceramics, the dispersion medium and the dispersant are mixed with a grinder or the like to prepare a powder slurry having a predetermined viscosity.
  • the above-described dielectric ceramic having a high relative dielectric constant can be used.
  • the average particle size of the second dielectric ceramic may be about 0.1 to 20 ⁇ .
  • the desirable average particle diameter of the second dielectric ceramic is 0.5 to 10 ⁇ , and the more desirable average particle diameter is 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the size of the first dielectric ceramic and the size of the second dielectric ceramic must be substantially the same. desirable.
  • turbineol As the dispersion medium, turbineol, butyl carbitol, and the like can be used.
  • the viscosity of the powder slurry can be adjusted by appropriately selecting the type and amount of the dispersion medium. For example, butyl carbitol has low viscosity, while turbine 2004/008693
  • the viscosity of the powder slurry can be appropriately adjusted by mixing the two in an appropriate ratio to form a dispersion medium.
  • the powder concentration in the powder slurry is set to be equal to the powder density in the dielectric block 13.
  • the ratio of the second dielectric ceramic and the dispersion medium is about 40 to 55:45 to 60 at Vo 1%, preferably about 45 to 60. Is about 45 to 55: about 45 to 55.
  • a dispersant such as oleic acid may be further added.
  • the amount of addition may be about 0.2 to 5 wt% based on the second dielectric ceramic.
  • the type of the dispersant is not particularly limited, but an olefin maleic acid copolymer is preferable because it is effective in lowering the viscosity of the powder slurry.
  • a desirable addition amount is about 0.2 to 5 wt% with respect to the second dielectric ceramic.
  • the viscosity of the powder slurry can be reduced to a low level, specifically, a low viscosity suitable for the slurry filling step described later.
  • the viscosity of the powder slurry may be appropriately adjusted by adding a resin component (for example, ethyl cellulose) depending on the method of filling the slurry with the diameter of the hole h formed in the green sheet 11.
  • the powder slurry is filled in the gaps of the dielectric block 13.
  • the powder slurry preparation step may be performed before the powder slurry filling step, and does not necessarily have to be performed at the same stage as the sheet preparation step.
  • suction is desirable.
  • a porous suction plate made of metal, ceramics, polytetrafluoroethylene (trade name: Teflon) or the like is introduced. Place the electric block 13.
  • the viscosity of the powder slurry is appropriately set according to the size of the gap in the dielectric block 13. If the viscosity is too high, suction of the powder slurry is difficult, while if the viscosity is too low, pores are generated in the molded body, that is, the molded body obtained by drying the dielectric block 13 filled with the powder slurry. It's easy to do. Therefore, the dielectric block
  • the viscosity of the powder slurry is set to such an extent that the powder slurry can be efficiently filled in the voids of (13).
  • a filling method by pressurization other than suction is preferable.
  • a sufficient amount of powder slurry is provided on the upper part of the dielectric block 13.
  • the powder slurry may be filled in the gaps of the dielectric block 13 by applying pressure using a method such as air pressure or squeegee coating.
  • the molded body is obtained by drying the dielectric block 13 filled with the powder slurry.
  • the drying method is not particularly limited, and may be natural drying or heat drying. .
  • the density of the compact obtained after drying is not sufficiently high, hot pressing may be performed after the drying step.
  • the elastic behavior of the first dielectric part 1A and the second dielectric part 2A are different from each other, the stress may be generated between the two materials due to the heat press and cracks may occur in the molded body. There is. Therefore, when performing the heat press, it is necessary to select a material or the like so that the first dielectric portion 1A and the second dielectric portion 2A have the same elastic behavior. For example, when a powder slurry is prepared, the binder resin used in the preparation of the green sheet 11 is contained in a predetermined amount so that the first invitation can be made. The elastic behavior of the electric body part 1A and the second dielectric part 2A can be matched.
  • the dielectric block 13 is cut into a predetermined shape according to the use of the photonic crystal 10OA finally obtained.
  • the binder removal treatment performed after the drying step is as described in detail in the first method.
  • the first dielectric ceramics and the second dielectric ceramics in the compact form the first dielectric part 1A and the second dielectric part 2A, respectively. .
  • the molded product obtained after the drying and binder removal treatment may be used as it is as photonic crystal 10 OA, but by using the molded product as a sintered product, the mechanical strength and dielectric constant are further improved.
  • PhotoEC crystal 10 OA can be obtained.
  • the firing step may be performed under the conditions described in the first method.
  • the first dielectric ceramic and the second dielectric ceramic in the compact are fired simultaneously. Therefore, the firing behavior of both materials, that is, the material forming the first dielectric portion 1A (first dielectric ceramics) and the material forming the second dielectric portion 2 (second dielectric ceramics) are determined. They need to be well matched. If the sintering behavior of both materials is different, stress is generated between the first dielectric part 1A and the second dielectric part 2A, and cracks occur in the sintered body that becomes the photonic crystal 100A. This is because there may be cases where
  • Simultaneous firing is also possible by a so-called printing method in which sheets coated with a dielectric paste are stacked and the stacked body is fired.
  • this printing method since the dielectric paste is present on the sheet, it is not possible to obtain a photonic crystal in which a continuous pattern is formed in the stacking direction (Z direction).
  • the second method adopts a new method of filling the dielectric block 13 having voids continuous in the laminating direction with the powder slurry, so that a continuous pattern is formed in the laminating direction.
  • Photonic crystal 10 OA can be obtained. That is, according to the method of manufacturing the photonic crystal 10 OA by the second method, the degree of freedom of the periodic structure is higher than that of the printing method.
  • the second method has been described above in detail. Since the number of steps is small and no complicated steps are required, according to the second method, the photonic crystal 10OA can be produced simply and in a short time. Therefore, the second method is also excellent in mass productivity.
  • a hole h penetrating in the thickness direction is perforated in a predetermined pattern in a green sheet 11, that is, a sheet-like member, and the perforated dullin sheet 11 is laminated.
  • a dielectric block 13 in which voids of a predetermined pattern are periodically arranged is obtained. It is easier to pierce the thin green sheet 11 than to pierce a block-shaped member having a certain thickness, and a fine piercing pattern (for example, a diameter of 2 mm or less, and furthermore, a diameter of 0.1 to 1.1 mm). About 5 mm).
  • the third dielectric may be air or a third dielectric ceramic.
  • a powder slurry containing the second dielectric ceramic is filled into a part of the dielectric block 13 and the remaining dielectric is filled. May be filled with a powder slurry containing the third dielectric ceramic. .
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for manufacturing the photonic crystal 100 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a view schematically showing the printing step shown in FIG.
  • dielectric ceramics and resin A dielectric paste producing step of mixing and producing a dielectric paste, a printing step of printing the dielectric paste obtained in the dielectric paste producing step in a predetermined pattern, and drying of the dielectric paste into a ceramic composition A step of cutting out a dielectric block obtained by repeating printing and drying into a predetermined shape, and a firing step of firing the formed body cut into the predetermined shape.
  • a dielectric paste is obtained by mixing a dielectric ceramic powder, a binder resin, and a dispersion medium with a ball mill or a machine.
  • the dielectric ceramic powder the above-described BaO-TiO2-rare earth ceramic powder or the like can be used.
  • the amount of the dielectric ceramic powder should be about 20 to 6 ° wt% based on the dielectric paste.
  • the average particle size of the dielectric ceramic powder may be about 0.1 to 20 as in the case described above.
  • thermoplastic and high-strength binder resin is used.
  • the binder resin an acrylic resin, a petial resin, an ethylcellulose resin, or the like can be used.
  • the amount of the binder resin may be about 4 to 10 wt% based on the dielectric ceramic powder.
  • various organic solvents such as butyl carbitol, butyl carbitol acetate, and turbineol can be used. These are used as the dispersion medium because the binder resin described above can be dissolved and has a relatively low boiling point.
  • the viscosity of the dielectric paste can be adjusted by appropriately selecting the type and amount of the dispersion medium. For example, butyl carbitol has a low viscosity, while terpineol has a high viscosity. Therefore, the viscosity of the dielectric paste can be adjusted to a viscosity suitable for a printing method by mixing the two at an appropriate ratio to form a dispersion medium.
  • the viscosity of the dielectric paste should be carefully adjusted.
  • the viscosity of the dielectric paste should be adjusted to an appropriate range in consideration of the printing pattern and the printing method used in the printing process. In a case where the screen printing:!: Method is employed as the printing method, the viscosity of the dielectric paste may be about 500 to 500 cp.
  • a dielectric paste can be prepared by further adding a dispersant, if necessary.
  • maleic maleic copolymer dioleic acid can be used as a dispersant, and the amount of addition may be about 0.1 to 5 wt% based on the dielectric ceramic powder.
  • a plasticizer may be further added to the dielectric paste. The amount of the plasticizer to be added may be about 0.1 to 5 wt% based on the dielectric ceramic powder.
  • the dielectric paste is printed in a predetermined printing pattern using a screen printing method or the like, and in the subsequent drying process, the dielectric paste is dried to obtain a ceramic composition.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a printing step.
  • a dielectric base constituting the first layer is printed on a film (for example, PET film) F in a desired print pattern.
  • the printing pattern is determined according to what kind of periodic structure is required to obtain the photonic crystal 100 having the periodic structure. For example, if one finally wants to obtain a photonic crystal .100 having a honeycomb structure as shown in FIG. 2, a print pattern as shown in FIG. 7 is adopted.
  • a ceramic composition 21 is formed in which holes h penetrating in the thickness direction are regularly formed in a hexagonal lattice.
  • the printed dielectric paste is dried by heating or air drying.
  • a dielectric paste for forming the second layer is printed on the ceramic composition 21 for forming the first layer in the same manner as the first layer. Print in a pattern and dry as for the first layer. Ceramics constituting the first layer 08693
  • the holes h are formed in the desired two-dimensional periodic pattern in the tas composition 21.
  • the dielectric paste that forms the second layer is printed on the portion excluding the hole h.
  • the new ceramic composition 21 in which the holes h penetrating in the thickness direction are formed in a predetermined pattern is laminated on the ceramic composition 21 constituting the first layer.
  • a laminated body of the ceramic composition 21 as shown in FIG. 10 (c), that is, a dielectric block 13A having voids of a predetermined pattern is obtained.
  • pressing is not required in the printing method, but hot pressing or the like may be performed on the dielectric block 13A.
  • the dielectric block 13A in the hot pressed state is shown in Fig. 10 (d).
  • the printing method is not limited to the screen printing method, and a known printing method such as gravure printing, letterpress printing, offset printing, or the like can be appropriately selected according to the thickness of the ceramic composition 21. .
  • the film F as a substrate is separated from the dielectric block 13A, and the process proceeds to the subsequent cutting step.
  • the dielectric block 13A is cut into a predetermined shape according to the use of the photonic crystal 100 finally obtained (note that the dielectric block 13A after being cut into the predetermined shape). Is appropriately referred to as “molded body”).
  • binder removal processing is performed before the firing step.
  • the binder removal process should be performed under the same conditions as described in the first method.
  • the molded body obtained after performing the binder removal treatment may be used as it is as the photonic crystal 100, but by using the molded body as a sintered body, the photonic crystal with further improved mechanical strength and dielectric constant can be used. 100 can be obtained.
  • the firing step may be performed under the same conditions as described in the first method.
  • a photonic crystal 100 having a periodic structure of a honeycomb structure is obtained has been described, by appropriately selecting a print pattern according to a desired periodic structure, a pattern having another two-dimensional periodic structure can be provided. Photonic crystal 100 can be easily obtained. Also, an example was shown in which the ceramic thread 21 produced by the printing method was laminated by the printing method. However, the ceramic composition 21 produced by the printing method was laminated as in the sheet laminating step shown in the first method. The layers may be laminated in the same manner.
  • the photo-block shown in FIG. Nick crystal 10 OA can also be obtained.
  • a ceramic composite including the first and second dielectric ceramics is manufactured, and the ceramic composite is laminated to form a dielectric block (laminated body).
  • Make OA In the ceramic composite, a first dielectric ceramic and a second dielectric ceramic are periodically arranged in the same plane.
  • FIG. 11 is a flowchart in the case where a photonic crystal 10OA is manufactured by the fourth method.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a process for producing the ceramic composite shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the laminating step shown in FIG.
  • the first and second dielectric pastes are prepared by mixing the first and second dielectric ceramic powders, the binder resin, the dispersion medium, and the like.
  • a dielectric paste producing step, a ceramic composite producing step of producing a ceramic composite containing the first and second dielectric ceramic powders using the first and second dielectric pastes, and a lamination of the ceramic composites A photonic crystal 10 OA is produced through a laminating step of obtaining a dielectric block as a target, a cutting step of cutting the dielectric block into a predetermined shape, and a firing step of firing the cut molded body.
  • first ceramic composition first dielectric ceramic powder
  • second dielectric paste containing the second dielectric ceramic powder second (Ceramic yarn).
  • Each paste should be prepared according to the procedure described in the third method.
  • dielectric ceramic powder J the first dielectric ceramic powder and the second dielectric ceramic powder are collectively referred to as “dielectric ceramic powder J” unless it is necessary to distinguish between them.
  • thermocompression bonding is performed in a laminating step described later, a thermoplastic and high-strength binder resin is used.
  • the binder resin and the dispersion medium those described in the third method can be used.
  • the plasticizer is selected according to the type of the binder resin used.
  • a phthalic acid-based plasticizer can be used.
  • the amount of the plasticizer may be about 0 :! to about 5 wt% based on the dielectric ceramic powder.
  • the dispersant those described in the third method can be used, and the addition amount thereof may be about 0.1 to 5 wt% based on the first dielectric ceramic.
  • the viscosity of the dielectric paste can be adjusted by appropriately selecting the type and amount of the dispersion medium. For example, by mixing low-viscosity butyl carbitol and high-viscosity terpineol in an appropriate ratio to form a dispersion medium, the viscosity of the dielectric paste can be adjusted to a viscosity suitable for a printing method. In addition, the viscosity of the dielectric paste can be adjusted by appropriately selecting the type and amount of the insulating resin. If the viscosity of the dielectric paste is too low, printing drooling will occur, and it will be difficult to form a desired print pattern in a ceramics composite manufacturing process using a printing method.
  • the viscosity of the dielectric paste must be carefully adjusted.
  • the viscosity of the dielectric base is adjusted to an appropriate range in consideration of the printing pattern and the printing method to be used. When the screen printing method is used as the printing method, the dielectric base should have a viscosity of about 2 Pa ⁇ s to 50 Pa ⁇ s.
  • the first dielectric paste and the second dielectric paste are printed, respectively, to produce a ceramic composite including the first and second dielectric ceramics.
  • the printing is performed in such a manner that the first dielectric paste is provided at a portion corresponding to the first dielectric portion 1A, and the second dielectric paste is provided at a portion corresponding to the second dielectric portion 2A. To do.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a ceramic composite manufacturing process.
  • the first dielectric paste constituting the first layer is printed on a film (for example, a PET film) F in a desired print pattern.
  • This printing can be performed using, for example, a screen printing method.
  • the printed first dielectric paste is dried by heating or air drying.
  • the printing pattern is determined according to what kind of periodic structure of the photonic crystal 10OA desired to be finally obtained.
  • a printing pattern as shown in FIG. 7 is employed.
  • a first ceramic composition 11A in which holes h penetrating in the thickness direction are regularly formed in a hexagonal lattice shape is obtained.
  • a second dielectric paste is printed using a reverse pattern of the print pattern of the first layer. After printing, the printed second dielectric base is dried by heating or air drying. .
  • the second dielectric paste is printed in an inverted pattern by forming the holes h formed in the first ceramic composition 11A with the second dielectric paste, that is, the second ceramic paste.
  • the first ceramic composition 11 A and the second ceramic i! S composition 12 A are placed in the same plane by filling with the composition 12 A.
  • the thickness of the first ceramic composition 11 A is adjusted so that the surface of the ceramic composite C composed of the first ceramic composition 11 A and the second ceramic thread 12 A becomes smooth. It is necessary to control the amount of the second dielectric paste applied based on the size and the size of the holes h of the first ceramic composition 11A.
  • FIG. 13 (a) shows a state in which the film F as a substrate has been peeled off from the ceramic composite C. If the ceramic composite C has a force S that will be sequentially laminated in the laminating step described below, and if the ceramic composite C is too thin, the strength of the ceramic composite C is low and handling is difficult. Therefore, in consideration of the ease of handling in the laminating step, the thickness of the ceramic composite C is 1 to 800 ⁇ m, more preferably 10 to 500 ⁇ m, and still more preferably 20 to 200 ⁇ m. Within the range of 0 0 m.
  • the process proceeds to the lamination process.
  • the film F is peeled from the ceramic composite C in advance.
  • thermocompression bonding is ceramic 2004/008693
  • the heating temperature at the time of thermocompression bonding depends on the binder resin component used when producing the first dielectric paste and the second dielectric paste.
  • the heating temperature may be set to 70 to 90 ° C.
  • the pressure may be appropriately set according to the thickness of the ceramic composite C, and may be set to about 120 to 80 kgf Z cm 2 .
  • the dielectric block 13B which is a laminate of the ceramic composite C, has a predetermined periodic structure.
  • a large number of cylindrical second dielectric portions 2A are arranged so as to penetrate the front and back surfaces of the dielectric block 13B to form a two-dimensional periodic structure of the honeycomb pattern. Is formed.
  • FIG. 13 (c) shows an example in which the number of stacked ceramic composites C is six, but the number of stacked layers is not particularly limited, and the photonic crystal 10 to be finally obtained is not limited to six. Decide appropriately according to the size of 0 A, etc.
  • hot pressing may be performed prior to the cutting step.
  • the conditions of the hot pressing also depend on the binder resin and the like used when producing the ceramic composite C.
  • the pressure may be set to about 500 to 2000 kgf / cm 2 .
  • the heating temperature may be set to 70 to 90 ° C. .
  • the elastic behavior of the first ceramic composition 11 A and the second ceramic composition 12 A is different, stress is generated between the two materials by hot pressing, and Cracks may occur. Therefore, when performing the hot pressing, materials are selected so that the first ceramic thread 11A and the second ceramic thread 12A have the same elastic behavior. There is a need. For example, by using the same resin as the binder resin in the first dielectric paste to prepare the dielectric paste of the cable 2, the first ceramic composition 11A and the second ceramic 8693
  • the cutting step and the debinding processing may be performed under the same conditions as in the first method.
  • the molded body obtained after performing the binder removal treatment may be used as it is as photonic crystal 100A.
  • the first ceramic composition 11 A is provided at a portion corresponding to the first dielectric portion 1 A
  • the second ceramic composition 12 A is provided at a portion corresponding to the second dielectric portion 2 A.
  • a ceramic composite C was produced, and the ceramic composite C was laminated in the thickness direction to produce a dielectric block 13B. Therefore, the portion corresponding to the first ceramic composition 11 A becomes the first dielectric portion 1 A, and the portion corresponding to the second ceramic composition 12 A becomes the second dielectric portion 2 A.
  • the firing step is not an essential step
  • a photonic crystal 10OA with further improved mechanical strength and dielectric constant can be obtained by using a molded body as a sintered body.
  • the firing conditions may be the same as in the first method.
  • the fourth method has been described above in detail. According to the fourth method, the photonic crystal 100A can be manufactured easily and in a short time because a complicated process is not required. Therefore, the method for producing photonic crystal 10OA according to the fourth method is also excellent in mass productivity.
  • an adhesive layer may be interposed to increase the adhesive strength.
  • the ceramic composite C having a thin adhesive layer printed on the front surface or the back surface may be sequentially laminated.
  • the ceramic composite C was peeled off from the film F and the ceramic composite C was sequentially laminated.However, after the ceramic composites C were thermocompression-bonded to each other, the film F was peeled. You can do it.
  • the ceramic composite C shown in FIG. 12 (b) the ceramic composite C with the film F attached is laminated so that the ceramic composites C face each other, and thermocompression-bonded. Later, the film F may be peeled off. At this time, an adhesive layer is interposed between the ceramic The union c may be transferred onto the other ceramic composite c.
  • the ceramic composites C are laminated to form a dielectric block 13B, and a photonic having the shape shown in FIG. 4 is formed.
  • An example of obtaining the crystal 10 OA was described.
  • a ceramic composite C is produced by disposing a first ceramic thread 11A and then disposing a second ceramic composition 12A. By repeatedly arranging the first ceramic composition 11 A on the body C and then arranging the second ceramic composition 12 A, the ceramic composite C is laminated. More specifically, the first dielectric paste containing the first dielectric ceramics and the second dielectric paste containing the second dielectric ceramics are alternately printed to form the ceramic composite C.
  • An example of forming a dielectric block 13B as a laminate of the above to obtain a photonic crystal 10OA having the shape shown in FIG. 4 will be described as a fifth technique.
  • FIG. 14 is a flowchart for producing a photonic crystal 10 OA by the fifth technique.
  • FIG. 15 is a view schematically showing a dielectric block manufacturing process shown in FIG.
  • the first and second dielectric ceramic powders, a binder resin, a dispersion medium, and the like are mixed to form the first and second dielectric bases.
  • a second printing step of printing the body paste with the print pattern and the reverse pattern in the first printing step, and a dielectric block obtained by repeating the first printing step and the second printing step are formed into a predetermined shape.
  • a photonic crystal 10 OA is produced by passing through a cutting step of cutting into a predetermined shape and a firing step of firing a molded body cut into a predetermined shape.
  • the first dielectric paste and the second dielectric paste are basically processed in the same procedure as the third and fourth techniques. Is prepared.
  • the first and second dielectric pastes are alternately printed to obtain a dielectric block as a laminate of the ceramic composite C. Therefore, the thermocompression bonding performed in the fourth method is unnecessary. Become. Therefore, thermoplasticity is not an essential requirement as a binder resin selection criterion, and a material that has high strength and a low viscosity adjustment and debinding is selected as the binder resin in the fifth method. I do.
  • the binder resin an ethyl cellulose-based resin, a petial-based resin, or the like can be used.
  • the amount of the binder resin should be about 4 to 10 wt% based on the dielectric ceramic powder.
  • the dispersion medium various organic solvents such as turbineol and butyl carbitol can be used as in the third and fourth techniques.
  • the viscosity of the dielectric paste can be adjusted by appropriately selecting the type and amount of the dispersion medium. If the viscosity of the dielectric paste is too low, dripping occurs, and it is difficult to form a desired print pattern in a subsequent printing process. If the viscosity is too high, poor leveling is likely to occur. Therefore, the viscosity of the dielectric paste is adjusted to an appropriate range in consideration of the thickness and printing pattern of the ceramic composite C to be obtained, the printing method used in the printing process, and the like.
  • the dielectric block manufacturing step includes a first printing step of printing the first dielectric paste obtained in the dielectric paste manufacturing step in a predetermined pattern, and a second dielectric paste obtained in the dielectric paste forming step. And a second printing step of printing the print pattern in the first printing step and the reverse pattern.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a process of producing a dielectric block.
  • a first dielectric paste which constitutes the first layer, is formed on a film (eg, PET film) F by a desired printing pattern.
  • the printing pattern is determined according to what kind of periodic structure the photonic crystal 10 OA finally wants to obtain.
  • the printed first dielectric paste is heated and dried or air-dried to obtain a first ceramic thread 11A in which holes h penetrating in the thickness direction are regularly formed.
  • the second dielectric paste is printed with the reverse pattern of the printing pattern in the first printing step.
  • the printed second dielectric paste is dried by heating or air drying to obtain a second ceramic composition 12A.
  • the thickness of the first ceramic composition 11 A is set so that the thickness of the second ceramic composition 12 A is equal to the thickness of the first ceramic composition 11 A.
  • the amount of the second dielectric paste applied is controlled based on the size and the size of the hole h of the first ceramic composition 11A.
  • a ceramic composite C as shown in FIG. 15 (b) is formed on the film F.
  • the first dielectric paste constituting the second layer is printed on the ceramic composite C and dried.
  • a first ceramic composition 11A in which holes h penetrating in the thickness direction are regularly formed on the ceramic composite C is newly provided.
  • the second dielectric paste is printed in a reverse pattern of the print pattern in the first printing step. After printing, the printed second dielectric paste is dried by heating or air drying to obtain a second ceramic mixed yarn 12A.
  • a dielectric block 13B that is, a laminate of the ceramic composite C is obtained as shown in FIG. 15 (e).
  • the first ceramics composition 11A is located at the portion corresponding to the first dielectric portion 1A
  • the ⁇ 2 is located at the portion corresponding to the second dielectric portion 2A.
  • Ceramic compositions 12 A are provided respectively.
  • the dielectric block 13B in the hot pressed state is shown in FIG. 15 (f).
  • a known printing method such as screen printing, gravure printing, letterpress printing, or offset printing can be appropriately selected according to the thickness of the first ceramic composition 11A.
  • the film F as the base is peeled off from the dielectric block 13B, and the process proceeds to the subsequent cutting step.
  • the cutting step, the binder removal processing, and the firing step may be performed under the same conditions as those described in the first method. Note that, similarly to the first to fourth methods, the molded body obtained after performing the binder removal treatment may be used as it is as the photonic crystal 10OA.
  • the fifth method has been described above in detail. Since the number of steps is small and no complicated steps are required, according to the fifth method, the photonic crystal 10OA can be produced simply and in a short time. Therefore, the fifth method is also excellent in mass productivity.
  • the ceramic composite C produced by the printing method by the printing method was laminated in the same manner as in the laminating step shown in the fourth method. May be.
  • the second dielectric portion 2A can be formed in a cylindrical shape having a diameter of 2 mm or less.
  • a first dielectric paste containing the first dielectric ceramic is printed on a pattern including a plurality of holes having a diameter of 2 mm or less, and the second dielectric paste containing the second dielectric ceramic is used in the reverse pattern.
  • the photonic crystal 10 OA may be produced by laminating the ceramic composites obtained by printing the dielectric paste of No. 2.
  • the cylindrical second dielectric parts 2A are arranged at predetermined intervals so as to penetrate the front and back surfaces of the block-shaped first dielectric parts 1A.
  • the arrangement, size, shape, and the like of the second dielectric portion 2A can be set as appropriate according to the characteristics required for the photonic crystal 1 ⁇ OA. Therefore, the second dielectric portion
  • the size of 2 A can be larger than 2 mm in diameter, and the shape can be of a rectangular parallelepiped shape instead of a cylindrical shape.
  • the step of printing the second dielectric paste some of the plurality of holes h formed in the first ceramic composition 11A are formed.
  • the second dielectric paste containing the second dielectric ceramic powder can be printed on the second hole, and the third dielectric paste containing the third dielectric ceramic powder can be printed on the remaining holes h.
  • a photonic crystal having a new periodic structure can be obtained by manufacturing a photonic crystal using the third dielectric.
  • a part of the holes h is printed with a second dielectric paste containing the second dielectric ceramic powder, and the remaining is printed. Air as a third dielectric may be present in the hole h.
  • a photonic crystal 10 OA having a two-dimensional periodic structure is obtained by laminating sheet-shaped ceramic composites C produced with the same printing pattern.
  • a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure a plurality of sheets having different print patterns may be laminated. In this case, by reducing the thickness of the sheet as much as possible, the pattern of the three-dimensional periodic structure can be smoothly changed in the thickness direction.
  • the photonic crystal 10 OA having a desired periodic structure can be obtained by appropriately selecting the shape of the print pattern, and thus the degree of freedom of the periodic structure is also increased high.
  • the example in which the first ceramic composition 11A is provided and the second ceramic composition 12A is provided at different times has been described.
  • the provision of the ceramic thread 11A and the provision of the second ceramic composition 12A may be performed substantially simultaneously.
  • the steps of simultaneously printing the first dielectric paste and the second dielectric paste are repeated to produce and laminate the ceramic composite C. You can also.
  • the fifth step It may be performed in the same way as the method.
  • the first dielectric paste and the second dielectric paste which constitute the first layer, are applied to a film (for example, PET film). It is printed in a desired print pattern on F, that is, disposed substantially at the same time. After drying the printed first dielectric paste and the second dielectric paste, the first dielectric paste is placed on the first ceramic composite C as shown in FIG. 17 (b). The dielectric paste and the second dielectric paste are simultaneously printed in a desired print pattern. By drying the printed first and second dielectric pastes, a second-layer ceramic composite C is obtained.
  • the first dielectric paste and the (n + 1) th layer constituting the (n + 1) th layer are formed on the nth dielectric layer until a laminate having a desired thickness is obtained.
  • the process of printing and drying the dielectric paste of 2 is repeated.
  • a dielectric block 13B that is, a laminate of the ceramic composite C may be obtained as shown in FIG. 17 (c). In this mode, it can be said that the production and lamination of the ceramic composite C proceed almost simultaneously.
  • the term “substantially the same period” is used as a concept encompassing such a form.
  • the ceramic composite C obtained substantially at the same time may be laminated by the same procedure as in the fourth method.
  • a first ceramic composition 11A having holes h formed in a predetermined pattern is obtained.
  • the second ceramic composition 12A was added as shown in FIG. 18 (b). Printing, that is, arranging. Then, as shown in FIG. 18 (c), the periphery of the second ceramic composition 12A is covered.
  • the first ceramic composition 11A may be printed, that is, disposed.
  • the second ceramic composition is thicker than the first ceramic thread 11A.
  • the second ceramic composition 12A was filled into the holes h of the first ceramic composition 11A so that the thickness of 12A became thicker, and further, as shown in FIG. 18 (c),
  • the first ceramic composition 11A may be provided so as to cover the periphery of the second ceramic thread 12A.
  • a perforated sheet was laminated, and then a dielectric sheet was filled to produce a photonic crystal 10 OA.
  • a first dielectric ceramic, a dispersant, a resin, and a dispersion medium were mixed using a ball mill and slurried. Then, the slurry was sheet-ridden by a doctor blade method to produce a 82 mm ⁇ 82 mm ⁇ 120 green sheet.
  • the ratio of the first dielectric ceramic, resin, and dispersion medium was 23: 111: 66 at Vo1%.
  • the types of the dispersant, the resin and the dispersion medium and the amount of the dispersant added were as follows.
  • Olefin maleic acid copolymer (trade name: Kyoei Co., Ltd. Flor Irene G-700)
  • Dispersion medium toluene
  • the second dielectric ceramic, the dispersant and the dispersion medium are mixed, and the powder powder is mixed. A rally was made. At this time, the ratio of the second dielectric ceramic and the dispersion medium was 50:50 at Vo 1%.
  • the types of the dispersant and the dispersion medium and the amount of the dispersant added were as follows. In addition, mixing was performed for 2 hours using a raiper. The reason why the resin was not added during the preparation of the powder slurry was to prevent the viscosity of the powder slurry from becoming too high due to the addition of the resin.
  • Olefin maleic acid copolymer (trade name: Flo-Iren G—700, manufactured by Kyoei Co., Ltd.)
  • Addition amount of dispersing agent 1 wt% based on the second dielectric ceramic Dispersion medium: mixed solution of 50 V o 1% of turbineol and 50 V o 1% of butyl carbitol
  • a hole having a honeycomb structure was formed in the green sheet using a punch on which the pattern shown in FIG. 7 was formed.
  • the diameter of the hole was 1 mm.
  • thermocompression bonding was performed every time one green sheet was laminated.
  • the conditions for thermocompression bonding are as follows.
  • the thus obtained dielectric block was placed on a suction plate, and the powder slurry containing the second dielectric ceramic was sufficiently provided on the upper part of the dielectric block. Then, suction was performed by a pump from under the suction plate, and the powder slurry was filled in the gaps of the dielectric block. After the dielectric block filled with the powder slurry was air-dried, a binder removal treatment was performed under the following conditions. A photograph of the obtained sample 1 is shown in FIG. The size of this sample 1 is 10.6 mm X 4.3 mm X 18 mm.
  • the gap of the dielectric block was densely filled with the second dielectric ceramic, and no void crack was observed.
  • the obtained sample was allowed to stand in the waveguide, and the reflection and transmission characteristics were measured with a network analyzer (HP-8510C manufactured by Agilent Technologies). The results are shown in FIG. The number of periods in the propagation direction in the sample for which the transmission characteristics were measured was 4.5.
  • Photonic crystal 10OA was produced based on the flowchart of FIG.
  • the first dielectric ceramic powder, the dispersion medium, the binder resin, and the dispersant were mixed using a ball mill to produce a first dielectric paste.
  • the ratio between the first dielectric ceramic powder and the dispersion medium was 45:55 (wt%).
  • the binder resin was added at 5 wt% to the first dielectric ceramic powder, and the dispersant was added at 1 wt% to the first dielectric ceramic powder.
  • the types of the dispersant, the pinda resin and the dispersion medium were as follows.
  • the types of the first and second dielectric ceramic powders used in Example 2 were the same as those used in Example 1.
  • Olefin maleic acid copolymer (trade name: Florene G-700, manufactured by Kyoei Co., Ltd.) Three
  • Dispersion medium mixed solution of 50% Vo 1% turbineol and 50% Vo 1 butyl carbitol
  • a second dielectric ceramic powder, a dispersion medium, a binder resin, and a dispersant were mixed using a ball mill to produce a second dielectric paste.
  • the ratio between the second dielectric ceramic powder and the dispersion medium was 45:55 (wt%), similarly to the first dielectric paste.
  • the binder resin was added with 5 wt% of the second dielectric ceramic powder
  • the dispersant was added with 1 wt% of the second dielectric ceramic powder.
  • the types of the dispersant, the binder resin, and the dispersion medium are the same as those of the first dielectric paste.
  • the viscosities of the first dielectric paste and the second dielectric paste are both 15 Pa ⁇ s.
  • the first dielectric paste was printed on the PET film by a screen printing method.
  • the printing of the first dielectric paste was performed in the pattern shown in FIG. 7, and a first ceramic composition having through holes arranged in a predetermined pattern was obtained. Printing was controlled so that the diameter of the through-hole was 1 mm.
  • the second dielectric paste was filled into the through holes of the first ceramic composition by a screen printing method.
  • a ceramic composite having a smooth surface was finally obtained.
  • thermocompression bonding was performed every time one ceramic composite was laminated.
  • the conditions for thermocompression bonding are the same as in Example 1.
  • the dielectric block was subjected to a binder removal process, and then fired to obtain Sample 2.
  • the size of the sample 2 is 10.6 mm X 4.3 mm X 18 mm.
  • the binder removal treatment and firing conditions are the same as in Experimental Example 1.
  • Sample 2 was allowed to stand in the waveguide, and the reflection and transmission characteristics were measured using a network analyzer (HP-8510C manufactured by Agilent Technologies). As a result, attenuation of 25 dB or more was confirmed in the range of 20 to 24 GHz belonging to the K band, and it was clarified that a band gap was generated.
  • a network analyzer HP-8510C manufactured by Agilent Technologies
  • Photonic crystal 10OA was produced based on the flowchart of FIG.
  • a first dielectric paste and a second dielectric paste were prepared in the same procedure as in Example 2.
  • the ratio of the first dielectric ceramic powder and the dispersion medium was 50:50 (wt%).
  • the ratio of the second dielectric ceramic powder and the dispersion medium was 50:50 (wt%).
  • the viscosity of each of the first dielectric paste and the second dielectric paste is 20 Pa ⁇ s.
  • the amounts of the binder resin and the dispersant in the first dielectric paste and the second dielectric paste were the same as in Example 2.
  • the first dielectric paste was printed on the PET film by a screen printing method.
  • the printing of the first dielectric paste was performed in the pattern shown in FIG. 7, and a first ceramic composition having through holes arranged in a predetermined pattern was obtained. Printing was controlled so that the diameter of the through-hole was 1 mm.
  • the second dielectric paste was filled into the through holes of the first ceramic composition by a screen printing method.
  • a ceramic composite having a smooth surface was finally obtained.
  • the first dielectric paste is printed and dried on the ceramic composite to obtain the first ceramic composition, and then the second dielectric paste is printed in a reverse pattern of the first dielectric paste.
  • Dielectric paste was printed. In this manner, the steps of printing and drying the first dielectric paste, drying and printing the second dielectric paste ', and drying are repeated 60 times, and the cylindrical second dielectric ceramic becomes a honeycomb. In the pattern An arranged dielectric block was obtained.
  • sample 3 was 10.6 mm X 4.3 mm X 18 mm.
  • the conditions for the binder removal treatment a and the firing conditions are the same as those in Example 1.
  • Sample 3 was left standing in the waveguide, and the reflection and transmission characteristics were measured under the same conditions as in Example 1. As a result, at 20 to 24 GHz belonging to the K band, attenuation of 20 dB or more was confirmed, and it became clear that a band gap was generated.
  • Photoec crystal 100 was produced based on the flowchart of FIG.
  • dielectric ceramic powder average particle diameter of 1. 0 B a O- Nd 2 0 3 one T i 0 2 - B 2 0 3 based powder (dielectric constant: 95) was prepared, as in Example 1
  • a dielectric block was obtained under the following conditions.
  • Sample 4 was obtained by subjecting the obtained dielectric block to binder removal treatment and firing under the same conditions as in Experimental Example 1. The size of sample 4 is 10.6 mm X 4.3 mm X 18 mm.
  • Sample 4 was allowed to stand in the waveguide, and the reflection and transmission characteristics were measured using a network analyzer (HP-8510C manufactured by Agilent Technologies) (S parameters were measured). As a result, an attenuation of 30 dB or more was confirmed for the TE wave at 22 to 25 GHz belonging to the K band.
  • a network analyzer HP-8510C manufactured by Agilent Technologies
  • Photonic crystal 100 was produced based on the flowchart of FIG.
  • dielectric ceramic powder average particle size 1.
  • a dielectric paste was prepared by mixing a dielectric ceramic powder, a binder resin, a dispersion medium, and a dispersant with a grinder.
  • the binder resin was added at 3 wt% to the dielectric ceramic powder
  • the dispersing medium was added at 30 wt% to the dielectric ceramic powder
  • the dispersant was added at 1 wt% to the dielectric ceramic powder.
  • Dispersant, Vine The types of resin and dispersion medium were as follows.
  • the dielectric paste was printed on a PET film as a substrate by a screen printing method, and dried to obtain a ceramic composition constituting a first layer.
  • a process of printing a dielectric paste over the obtained ceramic composition and drying the same was repeated to obtain a dielectric block.
  • the print pattern had the honeycomb structure shown in FIG. 7, and the diameter of the holes was 1 mm.
  • Olefin maleic acid copolymer (trade name: Florene G-700, manufactured by Kyoei Co., Ltd.)
  • Binder resin Ethyl cellulose
  • Dispersion medium mixed solution of butyl carbitol and turbineol (50 V o
  • the dielectric block was subjected to binder removal treatment under the same conditions as in Example 1, and then fired under the same conditions as in Experimental Example 1 to obtain Sample 5.
  • the size of the sample 5 is 10.6 mm X 4.3 mm X 18.0 mm.
  • Sample 5 was allowed to stand in the waveguide, and the reflection and transmission characteristics were measured using a network analyzer (HP-8510C manufactured by Agilent Technologies) (S parameters were measured). As a result, an attenuation of 25 dB or more was confirmed for the TE wave at 22 to 25 GHz belonging to the K band.
  • a method for producing a photonic crystal excellent in mass productivity can be provided. Further, according to the present invention, a photonic crystal having a small size, high strength, and high characteristics can be easily manufactured. Further, according to the present invention, a photonic crystal having a fine pattern can be obtained.

Abstract

第１の誘電体を含むグリーンシート１１に、厚さ方向に貫通する所定パターンの孔ｈを形成する。続いて、所定パターンの孔ｈが形成されたグリーンシート１１を積層することで、所定パターンの空隙が周期的に配列された誘電体ブロック１３を得る。そして、誘電体ブロック１３の空隙内に、第２の誘電体を配置するようにした。これにより、特に複雑な工程を要することなく、第１の誘電体と、第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とを周期的に配置したフォトニック結晶を得ることが可能となる。第１の誘電体および第２の誘電体を、いずれも誘電体セラミックスとすることで、小型かつ高特性のフォトニック結晶を得ることができる。また第１の誘電体を誘電体セラミックスとし、第２の誘電体を空気としてもよい。

Description

明 細 書 フォトニック結晶の製造方法およびフォトニック結晶 技術分野
本発明は、 フォトニック結晶の製造方法およびフォトニック結晶に関する。 背景技術
近年、 誘電率を周期的に変化させたフォトニック結晶が注目を浴ぴている。 フォトニックバンドギャップ （以下、 単に 「バンドギャップ」 という） を発現 するフォトニック結晶は、 光および電磁波を制御する素子として使用可能であ る。 例えば、 フォトニック結晶中に欠陥を設け、 光導波路を形成することで、 フォトニック結晶を伝送線路として使用することが可能である （例えば、 特開
2001 -237616号公報、 特開 2001— 23761 7号公報参照）。 フォトニック結晶は:《誘電率の周期構造が 2次元である （以下、 「2次元周期 構造」 という） フォトニック結晶と、誘電率の周期構造が 3次元である （以下、 「3次元周期構造」 という） フォトニック結晶とに大別される。
初めて作製されたフォトニック結晶は、 第 21図に示す、 3次元周期構造の 「ャブロノノ ィト (Yablonovite)j である (e. Yablonovitch, T. J. Gmitter and K. M. Leung: Phys. Rev. Lett. 67, 2295 (1991)参照）。 第 21図に示すよう に、 ャブロノバイトは、 誘電体ブロック 8 1に所定間隔で三角配置された開口 部 82の各々から、 その法線に対し 35. 26° の角度で 3方向から 1 20° の間隔で穿孔されることで作製される。 なお、 第 21図において、 符号 82 a 〜82 cは、 穿孔方向を示し Tいる。
ャブロノバイト以降、 2次元周期構造および 3次元周期構造を問わず、 数多 くのフォトニック結晶が提案されている。 それらのフォトニック結晶はマイク ロマシン技術、 ウェハー融着、 半導体微細加工技術、 自 Sクロー-ング技術、 2光子吸収を用いたポリマーの重合反応、 光造形法およびドライエツング法等 (以下、 「マイクロマシン技術等」 と総称する） を用いて作製されている。 マイクロマシン技術等を用いた方法の他には、 ェピタキシャル結晶成長方法 を用いてフォトニック結晶を作製する方法 （特開 2001-2376 16号公 報参照） やマウンター機器を使用した方法 （特開 2001— 23761 7号公 報参照） が提案されている。
フォトニック結晶は、誘電率の異なる 2種類以上の物質を用いて作製される。 一般に、 そのうちの 1種類として空気を利用することが多いが、 近年、 S iや Ga As等の半導体技術に用いる誘電体や、 ·高分子材料、 光硬化樹脂、 誘電体 セラミックス等を組み合わせてフォトニック結晶を作製することも提案されて いる （例えば、 特開 2001— 23761 6号公報、 特開 2001— 2376 1 7号公報参照)。
フォトニック結晶の用途およぴ需要が急速に拡大しているのにも拘わらず、 マイクロマシン技術等は、 いずれもその工法が複雑なために歩留まりが悪く、 時間がかかるため量産に向かない。 また、 上述のように、 ェピタキシャル結晶 成長方法を用いてフォトニック結晶を作製する方法 （特開 2001 -2376 16号公報参照） も提案されているが、 ェピタキシャル結晶成長が可能な誘電 体の種類は自ずと限定されるとともに、 所定の厚さまで誘電体をェピタキシャ ル結晶成長させるには膨大な時間を要する。 さらに、 マウンタ一機器を使用し た方法 （特開 2001— 2376 1 7号公報参照） も提案されているが、 より 簡易かつ短時間でフォトニック結晶を得る技術が求められている。
また、 誘電体プロックを予め作製した後に、 誘電体ブロックに所定パターン の孔を穿孔するという方法も考えられる。 し力 し、 孔のピッチが微小なため、 穿孔自体が困難である。
そこで、 本発明は、 量産性に優れたフォトニック結晶の製造方法等を提供す ることを課題とする。 また、 小型かつ高特性のフォトニック結晶を簡便に得る ための技術、 微細なパターンを備えたフォトニック結晶を得る技術を提供する ことを課題とする。 発明の開示
かかる目的のもと、 本発明者は様々な検討を行った。 その結果、 第 1の誘電 体と当該第 1の誘電体と異なる比誘電率を有する第 2の誘電体とが同一面内に 周期的に配置された複数の複合誘電体を積層することが有効であることを知見 した。 すなわち本発明は、 第 1の誘電体と当該第 1の誘電体と異なる比誘電率 を有する第 2の誘電体とが周期的に配置されたフォトニック結晶の製造方法で あって、 第 1の誘電体と第 2の誘電体とが同一面内に周期的に配置された第 1 の複合誘電体を作製し、 第 1の複合誘電体に、 第 1の誘電体と第 2の誘電体と が同一面内に周期的に配置された第 2の複合誘電体を積層することを特徴とす るフォトニック結晶の製造方法である。
本発明のフォトニック結晶の製造方法は、 第 1の誘電体、 第 2の誘電体を構 成する物質により第 1の形態および第 2の形態と、 2つの形態を包含する。 第 1の形態は、 第 1の誘電体が誘電体セラミックスから構成され、 第 2の誘電体 が空気から構成される。 第 2の形態は、 第 1の誘電体おょぴ第 2の誘電体がい ずれも誘電体セラミックスから構成される。
第 1の形態においては、 厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成された 第 1の複合誘電体および第 2の複合誘電体を積層して、 所定パターンの空隙が 周期的に配置された誘電体プロックを得ることができる。
誘電体セラミックスは、 S iや G a A s等の半導体技術に用いる誘電体や、 高分子材料、 光硬化樹脂よりも、 比誘電率が大きいため、 誘電体として誘電体 セラミックスを使用することで、 フォトニック.結晶の小型化を図ることができ る。 また、 誘電体セラミックスと空気を組み合わせることで、 両誘電体の比誘 電率の比率を大きくすることができるため、 広帯域なバンドギヤップが得られ る。
本発明のフォトニック結晶の製造方法において、 第 1およぴ第 2の複合誘電 体は、 シート状部材を穿孔して得られるものとすることができる。 なお、 シー ト状部材 1枚毎に穿孔してもよいし、 シート状部材の厚きによっては複数枚重 ねて穿孔してもよい。 本発明では、 シート状部材を穿孔して得られた複合誘電 体を積層することで、 誘電体プロックに所定パターンの空隙を周期的に配列さ せる。 これにより、 特に複雑な工程を要することなく、 誘電体ブロックに所定 パターンの空隙を短時間で形成することが可能となる。 また、 穿孔したシート 状部材 （複合誘電体） を積層するという新規な手法を採用することで、 従来の 方法では得ることが困難であった微細なパターンを有するフォトニック結晶を 得ることもできる。 誘電体ブロックを予め作製した後に、 誘電体ブロックに穿 孔して所定パターンの空隙を形成させるという従来の方法では、 小径の穿孔用 器具が誘電体プロックに揷入される際、 もしくは誘電体プロックに揷入された 後、 誘電体ブロックの内部で破損してしまい、 最終的に微細なパターンを有す るフォトニック結晶を得ることが困難であった。 これに対し、 穿孔した薄い複 合誘電体を予め作製し、 これを積層することで所定パターンの空隙が周期的に 配列された誘電体ブロックを得ることを特徴とする本発明のフォトニック結晶 の製造方法によれば、 従来よりも微細なパターンを有するフォトニック結晶を 得ることもできる。
また、 フォトニック結晶は欠陥を設けることで、 光導波路などに使用するこ とができるが、 従来の方法で作製した誘電体プロックの内部に後から点欠陥を 導入するのは困難である。 これに対し、 穿孔した複合誘電体を積層する本発明 のフォトニック結晶の製造方法によれば、 その内部に点欠陥が導入された誘電 体ブロックを得ることも容易である。
また、 第 1および第 2の複合誘電体は、 スクリーン印刷等の印刷工法で得ら れるものとしてもよレ、。 .
第 1および第 2の複合誘電体を印刷工法で得る場合には、 第 1および第 2の 複合誘電体の積層も印刷工法を用いて行うことができる。
本発明では、 厚さ方向に貫通する孔が所定パターンで形成された複合誘電体 を積層する、 という新規な方法で誘電体ブロックを作製している。 よって、 第 1および第 2の複合誘電体の積層が完了した時点で、 誘電体プロックを、 所定 パターンの空隙が表裏面を貫通しており、 その空隙内に空気が配置されるもの とすることができる。 誘電体ブロックを作製した後に、 誘電体ブロックに対し てドライエッチング等を施すことで所定パターンの空隙を形成する方法と比較 すると、 短時間かつ高い精度で所定パターンの空隙を形成させることができる という点で、 本発明の方法は有利である。
以上の本発明のフォトニック結晶の製造方法は、 2次元周期構造を有するフ オトニック結晶を作製する場合、 3次元周期構造を有するフォトニック結晶を 作製する場合のいずれであっても適用可能である。 つまり、 セラミックス組成 体に形成する孔のパターンを適宜選択することによって、 2次元周期構造のみ ならず、 3次元周期構造のフォトニック結晶を得ることもできる。 特に、 本発 明を、 2次元周期構造を有するフォトエック結晶を作製するために用いた場合 には、 フォトニック結晶作製に要する時間を従来よりも大幅に短くすることが できる。
以上の第 1の形態の製造方法により、 第 1の誘電体と、 第 1の誘電体と異な る比誘電率を有する第 2の誘電体とを備え、 第 1の誘電体と第 2の誘電体とが 所定の周期で配置されるフォトニック結晶であって、 直径 2 mm以下の空隙が 所定パターンに形成された誘電体セラミックスからなる誘電体ブロックが第 1 の誘電体を構成し、 空隙内に存在する空気が第 2の誘電体を構成することを特 徴とするフォトニック結晶を製造することができる。
以上、 第 1の誘電体が誘電体セラミックスから構成され、 第 2の誘電体が空 気から構成される第 1の形態について説明したが、 次いで第 1の誘電体および 第 2の誘電体がいずれも誘電体セラミックスから構成される第 2の形態につい て説明する。 .
第 2の形態では、 第 1の誘電体および第 2の誘電体を、 いずれも誘電体セラ ミックスとする。 誘電体セラミックスは、 S iや G a A s等の半導体技術に用 いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂よりも、比誘電率が大きい。 このため、 第 1の誘電体おょぴ第 2の誘電体の両者を誘電体セラミックスとすることで、 小型かつ高強度のフォトニック結晶を得ることができる。 また、 第 1の誘電体 セラミックスと第 2の誘電体セラミックスとの比誘電率の比率が大きくなるよ うに両セラミックスの種類を適宜選択することで、 バンドギャップが大きなフ オトニック結晶を得ることができる。 なお、 誘電体セラミックスは、 半導体技 術に:用いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂よりも材料損失が小さい点でも、 有利である。
第 2の形態は、 2つの形態を包含する。 1つ目の形態 （第 2— 1形態） は、 厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成されたシート状の第 1の複合誘電 体および第 2の複合誘電体を積層して、 所定パターンの空隙が周期的に配置さ れた誘電体プロックを得る工程と、 空隙内に第 2の誘電体を配置する工程を備 えることを特 ¾5 [としている。
誘電体プロックを予め作製した後に、 誘電体プロックに穿孔して所定パター ンの空隙を形成させるという方法もあるが、 第 2— 1形態では、 穿孔した複合 誘電体を積層することで誘電体ブロックに所定パターンの空隙を周期的に配列 させる。 これにより、 特に複雑な工程を要することなく、 誘電体ブロックに所 定パターンの空隙を短時間で形成することが可能となる。 なお、 貫通孔は、 複 合誘電体 1枚毎に穿孔してもよいし、 複合誘電体の厚さによっては複数枚重ね て穿孔してもよレ、。
また、 複合誘電体に形成する孔のパターンを適宜選択することによって、 2 次元周期構造のみならず、 3次元周期構造のフォトニック結晶を得ることもで きる。 これまで、 完全バンドギャップが得られる 2次元周期構造のフォトニッ ク結晶として、 空気円柱を誘電体中で三角格子上に配置することで、 完全バン ドギャップが得られることがわかっていたが、 誘電体の肉厚が薄いために作製 が困難であった。 これに対し、 孔をあけやすい薄いシートに穿孔した複合誘電 体を積層し、 所定パターンの空隙が周期的に配列された誘電体プロックを得た 後、 誘電体ブロックの空隙内に、 第 2の誘電体を充填すれば、 完全パンドギヤ ップが得られる 2次元周期構造のフォトエック結晶も、 容易に得ることができ る。
また、本発明では、複合誘電体の積層が完了した時点で、誘電体プロックを、 所定パターンの空隙が表裏面を貫通しているものとすることもできる。 誘電体 プロックを作製した後に、 誘電体プロックに対してドライエッチング等を施す ことで所定パターンの空隙を形成する方法と比較すると、 短時間かつ高い精度 で所定パターンの空隙を形成させることができるという点で、 本発明の方法は 有利である。
ここで、 誘電体プロックの空隙内に第 2の誘電体を充填させるには、 第 2の 誘電体をスラリー状にして、 これを誘電体ブロックの空隙内に充填するという 方法が、 充填の工程を簡略化および短時間化する上で有効である。 なお、 第 2 の誘電体は、 粉末としてスラリーに含まれる。 第 2の誘電体を充填する方法と して、 誘電体をェピタキシャル結晶成長させるとレヽぅ方法も提案されているが (例えば、 特開 2 0 0 1 - 2 3 7 6 1 6号公報）、 ェピタキシャル結晶成長が可 能な誘電体の種類は自ずと限定されるとともに、 所定の厚さまで誘電体をェピ タキシャル結晶成長させるには膨大な時間を要する。 これに対し、 第 2の誘電 体を含む粉末スラリ一を作製し、 これを誘電体プロックの空隙内に充填すると いう本発明の方法によれば、 ェピタキシャル結晶成長を用いる場合よりも第 2 の誘電体の選択肢が豊富であり、 かつ第 2の誘電体を誘電体プロックの空隙内 に充填する工程を短時間で終えることができる。
誘電体プロックの空隙内へスラリー状の第 2の誘電体を充填する際には、 吸 引または加圧による方法が好適である。 ここで、 スラリーの充填方法および誘 電体ブロックの空隙のサイズに応じて、 第 2の誘電体を含むスラリー （以下、
「粉末スラリー」 という） の粘度を適宜設定することが望ましい。 例えば、 吸 引によって粉末スラリーを充填する場合には、 粉末スラリーをバインダレスと 'し、 粘度を低下させることで、 充填工程に要する時間をより一層短縮すること ができる。
誘電体プロックの空隙内ヘスラリ一状の第 2の誘電体を充填した後に、 第 1 の誘電体と第 2の誘電体を同時焼成することができる。 この場合には、 第 1の 誘電体および第 2の誘電体を、 同時焼成可能という条件を満たすようにして予 め選択しておく。 なお、 第 2の誘電体が充填された誘電体ブロックを乾燥させ た成形体をそのままフォトニック結晶として用いてもよいが、 焼結体とするこ とで、 機械的強度や誘電率がさらに向上する。 本発明のフォトニック結晶の製造方法では、 複合誘電体の厚さを 1〜8 0 0 μ ΐηとすることが望ましい。 複合誘電体の厚さをこの範囲とすることで、 複合 誘電体に所定パターンの孔を形成する際のハンドリングを良好なものとするこ とができる。 また、 シート厚が厚くなりすぎると、'孔の断面形状がいびつにな りやすい。 そして、 孔の断面形状がいびつな複合誘電体を積層して誘電体プロ ックを形成したとすると、 誘電体プロック中の空隙のパターンを所望のパター ンとすることができず、 最終的に所望のバンドギャップを有するフォトニック 結晶を得ることが困難となる。 これに対し、 誘電体シートの厚さを 1〜8 0 0 mとすることで、 ハンドリングを良好なものとしつつ、 所望のパターンを有 する空隙を誘電体プロック中に形成することが可能となる。
以上の本発明のフォトニック結晶の製造方法は、 2次元周期構造を有するフ ォトニック結晶を作製する場合、 3次元周期構造を有するフォトニック結晶を 作製する場合のいずれであっても適用可能であることは上述の通りである。 次に、 第 2の形態の 2つ目の形態 （第 2— 2形態） について説明する。 第 2 一 2形態は、 複数の誘電体セラミックスがそれぞれ同一面内に周期的に配置さ れたセラミックス複合体 （複合誘電体） を積層することを要旨とするものであ る。 つまり、 第 1の複合誘電体および第 2の複合誘電体は、 第 1の誘電体に対 応する部位に第 1の誘電体を構成する第 1のセラミックス組成物を配設し、 第 2の誘電体に対応する部位に第 2の誘電体を構成する第 2のセラミックス組成 物を配設することにより作製されることを特徴としている。
ここで、 第 1'のセラミックス組成物は、 粉末状の第 1の誘電体セラミックス と分散媒， バインダ樹脂等との混合物から構成される。 同様に、 第 2のセラミ ックス組成物は、 粉末状の第 2の誘電体セラミックスと分散媒， バインダ樹月旨 等との混合物から構成される。 第 1および第 2のセラミックス組成物の配設方 法は特に限定されるものではないが、 例えば印刷工法を用いて、 両組成物をそ れぞれ同一面内に配設することができる。
第 1のセラミッタス,組成物の配設および第 2のセラミックス組成物の配設を 行う形態としては、 所定領域に第 1のセラミックス組成物のみを配設した後に 第 2のセラミックス組成物を配設する （またはその逆） 形態が例えば挙げられ る。 もしくは、 所定領域に第 1のセラミックス組成物および第 2のセラミック ス組成物とを、 例えばダラビア印刷工法等を用いて 1つの印刷工程で印刷する ようにしてもよレ、。
以上の第 2 _ 2形態では、 セラミックス複合体の積層について 2つの形態を 包含している。
1つ目の形態は、 第 1のセラミックス組成物および第 2のセラミツグス組成 物を含む複数のセラミックス複合体を予め作製した後に、 セラミックス複合体 を積層するというものである。
また、 2つ目の形態は、 まず、 第 1のセラミックス組成物のみを配設した後 に、 第 2のセラミックス組成物を配設することによりセラミックス複合体を作 製する。 そして、 セラミックス複合体上に、 第 1のセラミックス組成物 （また は第 2のセラミックス糸且成物） を配設し、 その後、 第 2のセラミックス組成物 (または第 1のセラミックス組成物） の ί也方を配設する。 この工程を繰り返す ことにより、 セラミックス複合体を積層するというものである。
本発明のフォトニック結晶の製造方法において、 セラミックス複合体の積層 体を焼成する工程をさらに備えることができる。 セラミックス複合体の積層体 を焼成することで、 第 1のセラミックス組成物に含まれる第 1の誘電体セラミ ッタスと第 2のセラミックス組成物に含まれる第 2の誘電体セラミックスは同 時焼成されることとなる。 よって、 焼成工程を実施する場合には、 第 1の誘電 体セラミックスおよび第 2の誘電体セラミック.スを、 同時焼成可能という条件 を満たすようにして予め選択しておく。 なお、 セラミックス複合体の積層体を そのままフォトニック結晶として用いてもよいが、 上述の通り焼結体とするこ とで機械的強度や誘電率がさらに向上する。
以上の本発明のフォトニック結晶の製造方法は、 2次元周期構造を有するフ ォトニック結晶を作製する場合、 3次元周期構造を有するフォトニック結晶を 作製する場合のレ、ずれであっても適用可能であることは上述の通りである。 以上の第 2— 1形態または第 2— 2形態により、 プロック状の第 1の誘電体 2004/008693
- 10 - と、 当該第 1の誘電体と異なる比誘電率を有する円柱状の第 2の誘電体とが所 定の周期で配置されるフォトニック結晶であって、 第 1の誘電体および第 2の 誘電体はいずれも誘電体セラミックスから構成され、 第 2の誘電体は直径 2 m m以下の複数の円柱状部材から構成されており、 第 2の誘電体は第 1の誘電体 の表裏面を貫通するように所定間隔毎に配置されている新規なフォトニック結 晶を得ることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明に係るフォトニック結晶の製造方法を説明するための図、 第 2図は第 1実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図、 第 3図は本発明 で使用可能な誘電体セラミックスの誘電特性を示す図表、 第 4図は第 2実施形 態におけるフォトニック結晶を示す斜視図、 第 5図はフォトニック結晶をシー ト工法により作製する場合のフローチャート、 第 6図は、 第 5図に示した誘電 体プロック作製工程を模式的に示す図、 第 7図は 2次元周期構造を有するフォ トニック結晶を作製する際に用いるパターンの一例を示す平面図、 第 8図はフ ォトニック結晶をシート工法により作製する場合のフローチャート、 第 9図は フォトニック結晶を印刷工法により作製する場合のフローチャート、 第 1 0図 は第 9図における印刷工程を模式的に示す図、 第 1 1図はフォトニック結晶を 印刷工法により作製する場合のフローチャート、 第 1 2図は第 1 1図に示した セラミックス複合体作製工程を模式的に示す断面図、 第 1 3図は第 1 1図に示 した積層工程を模式的に示す断面図、 第 1 4図.はフォトニック結晶を印刷工法 により作製する場合のフローチャート、 第 1 5図は第 1 4図に示した誘電体ブ ロック作製工程を模式的に示す図、 第 1 6図はフォトニック結晶を印刷工法に より作製する場合のフローチャート、 第 1 7図は第 1 6図に示した印刷工程を 模式的に示す断面図、 第 1 8図はセラミックス複合体を得るための変形例を説 明するための図、 第 1 9図は第 1実施例で得られた 2次元周期構造を有する試 料 1の写真、 第 2 0図は第 1実施例で得られた 2次元周期構造を有する試料 1 の反射および透過特性の測定結果を示すグラフ、 第 2 1図は 3次元周期構造を 有するフォトニック結晶として知られるャブロノバイト （Yablonovite) の斜視 図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図は、本発明のフォトニック結晶の製造方法を説明するための図である。 第 1図に示すように、 本発明は、 厚さの薄いグリーンシート （複合誘電体、 シ ート状部材） 1 1を積層し一体化することで、 フォトニック結晶 1 0 0を作製 することを特徴とする。 フォトニック結晶 1 0 0は第 1の誘電体から構成され る第 1誘電体部 1と、第 2の誘電体から構成される第 2誘電体部 2とを備える。 本発明は、 第 1の誘電体および第 2の誘電体のいずれか一方を誘電体セラミ ックスとし、 他方を空気とする形態 （以下、 「第 1の形態」 という） と、 第 1の 誘電体および第 2の誘電体の両者を誘電体セラミックスとする形態（以下、 「第 2の形態」 という） とを含む。
以下、 フォトニック結晶 1 0 0の構造ならぴにフォトニック結晶 1 0 0の製 法について順次説明する。
[第 1実施形態]
<フォトニック結晶の構造 >
第 2図は、 第 1実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図である。 フォトニック結晶 1 0 0は第 1誘電体部 1と、 第 2誘電体部 2とを備える。 このフォトニック結晶 1 0 0は 2次元周期構造を備えており、 第 2誘電体部 2 は、 フォトニック結晶 1 0 0の表裏面を貫通す.るように配置されている。
第 1実施形態におけるフォトニック結晶 1 0 0は、 誘電体セラミックスが第 1誘電体部 1を構成し、 誘電体としての空気が第 2誘電体部 2を構成する。 第 1誘電体部 1を構成する誘電体セラミックスは、 S iや G a A s等の半導 体技術に用いる誘電体や、 高分子材料、 光硬化樹脂よりも比誘電率が大きいた め、 素子を小型化することが可能となる。 誘電体内の波長は比誘電率の平方根 に反比例し、 比誘電率の大きい材料ほど、 波長短縮効果が大きく、 素子の小型 化に有利であるからである。 一方、 第 2誘電体部 2を構成する空気は、 損失が小さいという利点がある。 また、 空気の比誘電率が 1であるため、 第 2の誘電体として空気を用いること で、 第 1誘電体部 1の比誘電率と第 2誘電体部 2の比誘電率との比率を大きく することができる。 第 1誘電体部 1の比誘電率と、 第 2誘電体部 2の比誘電率 との比率が大きいほど、 広帯域なパンドギャップを形成することができる。 このように、 第 1の誘電体として誘電体セラミックスを使用し、 第 2の誘電 体として空気を使用することで、 広帯域なバンドギヤップを形成することがで き、 低損失および素子の小型化に有利なフォトニック結晶 1 0 0を得ることが できる。
第 1実施形態におけるフォトニック結晶 1 0 0において、 第 2の誘電体とし ての空気は直径 2 mm以下の円柱状の空隙に存在している。 詳しくは後述する ヽ 本発明では、 厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成されたセラミツ タス組成体を積層してフォトニック結晶 1 0 0を作製しているため、 直径 2 m m以下という微細な空隙をフォトニック結晶 1 0 0中に形成させることが可能 となっている。 フォトニック結晶 1 0 0の強度を高めるには、 第 2の誘電体が 配置される空隙のサイズ、 つまり第 2誘電体部 2のサイズを微細化することが 有効である。
なお、 フォトエック結晶 1 0 0に求められる特性に応じて、 第 2の誘電体が 配置される空隙の配置、 サイズ、 形状等を適宜、 設定することができる。 よつ て、 第 2の誘電体が配置される空隙のサイズ'を直径 2 mmを超えるものとする こともできるし、 空隙を円柱状ではなく直方体状とすることも、 もちろん可能 である。
第 1の誘電体としての誘電体セラミックスは、 フォトニック結晶 1 0 0に求 められる特性に応じて、 適宜選択される。
上述したように、 第 1の誘電体の比誘電率と、 第 2の誘電体の比誘電率との 比率が大きいほど、 広帯域なバンドギャップを形成することができるため、 誘 電体セラミックスとしては比誘電率の高いものが望ましい。 なお、 望ましい比 誘電率の比率は、最終的に得たいフォトニック結晶 1 0 0の特性等に依存する。 また、 使用する周波数帯域において材料損失が少ない誘電体セラミックスが 第 1の誘電体として望ましい。 誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶 100を作製する場合において、 フォ トニック結晶 100の用途によっては、 それらの物質に起因する材料損失は無視することができないからである。 損失 がほぼゼロであり損失を考慮する必要がない空気と、 損失が少ない誘電体セラ ミックスを用いてフォトニック結晶 100を構成することで、 フォトニック結 晶 100を用いた素子を、 より一層、 低損失のものとすることができる。
誘電体セラミックスとしては、 A 1203系セラミックス、 T i〇2系セラミツ クス、 Mg T i O 3系セラミックス、 C a T i 03系セラミックス、 S r T i 03 系セラミックス、 C a Z r〇3系セラミックス、 B a Z r O 3系セラミックス、 Mg T i 03-C a T i 03系セラミックス、 (Z r， S n) T i 04系セラミツ クス、 B a T i 4〇9系セラミックス、 B a 2T i 9O20系セラミックス、 L a 2 T i 2 O 7系セラミックス、 N d 2T i 207系セラミッタス、 B a O-T i 02— 希土類系セラミックス、 B a (Mg 1/3Nb 2,3) 3系セラミックス、 B a (M g 1 3T a 2/3) 3系セラミックス、 B a (Z n1/3Nb 2/3) 3系セラミックス、 B a (Z n 1/3T a 2/3) 3系セラミックス、 Ca T〇3— NdA l〇3系セラミ ックス、 （B a, P b) Nd2T i 4012系セラミッタス、 （B a， P b) (N d, B i ) 2T i 4012系セラミックス、 S i 02系セラミックス、 ガラスコンポジ ット材料等を用いることができる。 これらは単独または 2種類以上を混合して 使用できる。
ここで、 A 12〇3系セラミックスとは、 組成的には A 1203のみを含む系、 または A 1203に他の少量の添加物を含む系であり、 主成分として A 1203の 結晶構造が保持されているものを意味する。 他の系のセラミックスについても 同様である。
上述した誘電体セラミックスのうち、 代表的なものの比誘電率、 Q · f (Q 値と周波数の積)、 て f (共振周波数の温度係数） を第 3図に示しておく。 第 3 図に示したもののうち、 比誘電率が高く、 低損失、 かつ瘟度特性にも優れた B a 0_T i 02—希土類系セラミックス、 （B a, Pb) Nd2T 012系セラ ミックス、 （B a， P b ) (N d , B i ) 2 T i 40 2系セラミックスが特に望ま しい。
[第 2実施形態]
<フォトニック結晶の構造 >
第 4図は、 第 2実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図である。 第 4図に示すように、 フォトニック結晶 1 0 O Aは、 第 1誘電体部 1 Aと、 第 2誘電体部 2 Aとを備える。 第 1誘電体部 1 Aは第 1の誘電体セラミックス から構成され、 一方、 第 2誘電体部 2 Aは第 2の誘電体セラミックスから構成 される。 このフォトニック結晶 1 0 O Aは、 2次元周期構造を備えており、 第 2誘電体部 2 Aは、 フォトニック結晶 1 0 O Aの表裏面を貫通している。
第 2実施形態におけるフォトニック結晶 1 0 O Aは、 第 1誘電体部 1 Aおよ び第 2誘電体部 2 Aとして、 いずれも誘電体セラミックスを使用することを特 徴とする。 このように、 2種類の誘電体セラミックスを用いることで、 高強度 かつ高特性のフォトニック結晶 1 0 O Aを得ることができ、 かつ素子を小型化 することが可能となる。
第 1の誘電体セラミックスおよぴ第 2の誘電体セラミックスは、 フォトニッ ク結晶 1 0 O Aに求められる特性に応じて、 例えば、 チタン酸バリゥム系セラ ミックス、 チタン酸鉛系セラミックス、 チタン酸ストロンチウム系セラミック ス、 二酸化チタン系セラミックス、 バリウム 'ネオジ 'チタニウム系セラミツ タス、 アルミナ系セラミックス、 シリカ系セラミックス、 ガラスコンポジット 材料等の中から適宜選択される。
以下、 第 1の誘電体セラミックスおよび第 2の誘電体セラミックスの選択基 準を示す。
く第 1の選択基準 >
第 1の誘電体セラミックスの比誘電率と、 第 2の誘電体セラミックスの比誘 電率との比率が大きいほど、広帯域なバンドギャップを形成することができる。 よって、 第 1の誘電体セラミックスの比誘電率と、 第 2め誘電体セラミックス の比誘電率との比率が大きくなるように、 第 1の誘電体セラミッタスおよび第 2の誘電 セラミックスをそれぞれ選択する。
一般的に、 高周波用誘電体セラミックスの比誘電率は 3〜 1 0 0程度である ため、 第 1の誘電体セラミックスとして比誘電率の低いものを選択する場合に は、 第 2の誘電体セラミックスとして比誘電率の高いものを選択することで、 広帯域なバンドギャップを形成することができる。 逆に、 第 1の誘電体セラミ ックスを比誘電率の高いものとし、 第 2の誘電体セラミックスを比誘電率の低 いものとすることで、 比誘電率の比率を大きくして広帯域なバンドギャップを 形成するようにしてもよい。
望ましい比誘電率の比率は、 最終的に得たいフォトニック結晶 1 0 O Aの特 性等に依存する。
<第 2の選択基準〉
第 1の誘電体セラミククスおよぴ第 2の誘電体セラミックスとして、 使用す る周波数帯域において材料損失が少ない誘電体セラミックスを選択する。 複数 の誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶 1 0 O Aを作製する場合にお いて、 フォトニック結晶 1 0 O Aの用途によっては、 それらの物質に起因する 材料損失は無視することができないからである。 損失が少ない誘電体セラミッ クスを用いてフォトニック結晶 1 0 O Aを構成することで、 フォトニック結晶 1 0 O Aを用いた素子を損失の低いものとすることができる。
第 3の選択基準 >
詳しくは後述するが、 本実施の形態におけるフォトエック結晶 1 0 O Aは、 第 1誘電体部 1 Aおよぴ第 2誘電体部 2 Aは同時焼成される。 よって、 第 1の 誘電体セラミックスおよび第 2の誘電体セラミックスとして、 同時焼成が可能 なもの、 具体的には熱収縮のマッチングがとれているものを選択する。 熱収縮 のマッチングがとれているか否かは、 同一温度で焼成した際の収縮率等で、 判 断すればよい。
以上の選択基準に基づき、 第 1の誘電体セラミックスおよび第 2の誘電体セ ラミックスを選択する。 本実施の形態では、 第 1の誘電体セラミックスおよび 第 2の誘電体セラミッタスの比誘電率の比率が大きくなるよう、 第 1の誘電体 セラミックスとして比誘電率が低い誘電体セラミックスを使用し、 一方、 第 2 の誘電体セラミックスとして比誘電率が高い誘電体セラミックスを使用してフ ォトニック結晶 10 OAを作製する場合を例にして、 以下の説明を行う。
第 1誘電体部 1 Aを構成する第 1の誘電体セラミックスとしては、 比誘電率 が低いセラミックス材料やガラスコンポジット材料等を使用する。 具体的には、 B a O-S i 02— A 1203— B203系セラミックスや S i 02系セラミックス、 B203系セラミックス、 2Mg O-S i 02系セラミックス、 A 1203系セラミ ックス、 A 1203— T i〇2系セラミックス、 Z r〇2系セラミックス等を第 1の 誘電体セラミックスとして用いることができる。 これらは、 いずれも比誘電率 が 2〜 20程度と低く、 かつ誘電損失が低いため、 第 1の誘電体セラミックス として好適である。
第 2誘電体部 2 Aを構成する第 2の誘電体セラミックスとしては、 比誘電率 が高いセラミックス材料やガラスコンポジット材料等を使用する。 具体的には、 B a O-N d203-T i 02— B203— Z n 02-C u O系セラミックスや A 120 3—T i 02系セラミックス、 T i 02系セラミックス、 B a O— B i 203— N d2 03-T i 02系セラミックス、 B aO— B i 2〇3— N d2〇3— T i 02— S r T i 03系セラミックス、 B aO—PbO— Nd2〇3— T i 02系セラミックス、 B a N d2T i 5014系セラミックス、 B a Sm2T i 5014系セラミックス、 B a (Zn, Nb) 〇3系セラミックス、 B a T i4〇9系セラミックス、 B a2T i9〇2。系セラ ミックス、 （Z r, S n) T i〇4系セラミックス、 B a (Zn， T a) 03系セ ラミックス、 B a (Mg, T a) 03系セラミックス、 Mg T i 03— C a T i O 3系セラミックス等を第 2の誘電体セラミックスとして用いることができる。 こ れらは、いずれも比誘電率が 5〜 200程度と高く、かつ誘電損失が低いため、 第 2の誘電体セラミックスとして好適である。
ここで、 第 1の誘電体セラミックスおよぴ第 2の誘電体セラミックスの望ま しい組合せを、 以下に示しておく。
<組合せ 1 >
第 1の誘電体セラミックス ： B a O— S i 02— A 1203— B203系誘電体セラミックス （比誘電率 6. 4) 第 2の誘電体セラミックス ：
B a O-N d2Os-T i〇2— B2〇3— Z n 02— C u O系誘電体セラミックス (比誘電率 75. 4)
ぐ組合せ 2 >
第 1の誘電体セラミックス ：
S i〇2— B203— A 1203系誘電体セラミックス （比誘電率 4. 7) 第 2の誘電体セラミックス：
T i 02-B a O-N d203— glass系誘電体セラミックス （比誘電率 22) 上述の組合せにおいて、 比誘電率 εが 6. 4である B a Ο— S i〇2— A 12 03—B203系誘電体セラミックスと、 比誘電率が 75. 4である B aO— Nd2 03— T i 02— B203— Zn〇2— CuO系誘電体セラミッタスとの組合せは、 特 に望ましい。 この組合せは比誘電率の比率が約 1 1. 8と大きく、 しかも熱収 縮のマッチングがとれているため、 同時焼成が可能であるからである。
ところで、 2種類の誘電体材料を用いてフォトニック結晶を作製する場合に は、 誘電体材料のうち一方を空気とすることが多い。 これに対し、 第 2実施形 態におけるフォトニック結晶 100 Aでは、 複数種類の誘電体セラミックス、 すなわち、 第 1の誘電体セラミックスおよび第 2の誘電体セラミックスを用い てフォトニック結晶 10 OAを構成するようにしたので、 製品の強度を向上さ せることができる。
以上、 誘電体セラミックスと空気とを使用す.るフォトニック結晶 100、 な らびに 2種類の誘電体セラミックスを使用するフォトニック結晶 10 OAにつ いて詳述した。 フォトニック結晶 100, 100Aの寸法は、 いずれも使用す る周波数に応じて決定する必要がある。 例えば、 Kバンド （18〜26. 5 G Hz) において 4〜 5周期分の周期構造としたときに、 第 1実施形態おょぴ第 2実施形態におけるフォトニック結晶 100， 100Aの寸法は、 8〜1 2m mX 2〜6mmX 16〜20mm程度である。 なお、 ここでの 「周期」 は第 2 誘電体部 2 (または第 2誘電体部 2 A) を配置する周期を示す。 第 1実施形態およぴ第 2実施形態におけるフォトニック結晶 1 0 0， 1 0 0 Aは、 特にマイクロ波〜サブミリ波領域にバンドギャップを持ち、 導波路、 フ イノレタ、 レゾネータ、 分波器等として好適に用いられる。
次に、 フォトニック結晶 1 0 0， 1 0 O Aの製造方法について説明する。 はじめに、 いわゆるシート工法を用いて誘電体ブロックを形成し、. フォト二 ック結晶 1 0 0を得る例を第 1の手法として示す。 詳しくは後述するが、 第 1 の手法では予め作製した誘電体セラミックスシートに厚さ方向に貫通する孔を 所定パターンで形成し、 この穿孔された誘電体セラミックスシートを積層する ことで、所定パターンの空隙が形成された誘電体プロックを形成する例を示す。
[第 1の手法]
第 5図は、 第 2図に示したフォトニック結晶 1 0 0の製造方法の一例を示す フローチャートである。 また、 第 6図は、 第 5図中に示した誘電体ブロック作 製工程を模式的に示す図である。
第 5図に示すように、 第 1の手法は、 誘電体セラミックス粉末および樹脂等 を混合しシート化するシート作製工程、 シート作製工程で得られたシートに厚 さ方向に貫通する孔を所定パターンに穿孔するシートパンチング工程、 所定パ ターンに穿孔されたシートを積層し誘電体プロックを得るシート積層工程、 誘 電体プロックを所定形状に切り出す切り出し工程、 所定形状に切り出された成 形体を焼成する焼成工程を含む。
第 1の手法では、 シート作製工程、 シートパンチング工程、 シート積層工程 を経ることで、 第 1の誘電体を含む誘電体ブロックが作製される。 よって、 シ 一ト作製工程、シートパンチング工程およびシート積層工程を総称して、適宜、
「誘電体ブロック作製工程」 と称する。 また、 誘電体ブロック作製工程を経る ことで、 第 2の誘電体としての空気が、 第 1の誘電体を含む誘電体ブロック中 に配置されることとなる。
以下、 第 5図に示した各工程について詳述する。
くシート作製工程 >
シート作製工程では、 まず、 誘電体セラミックス粉末、 バインダ樹脂および 分散媒をボールミルゃらいかレ、機等で混合してスラリーを得る。 誘電体セラミ ックス粉末の平均粒径は 0 · 1〜 2 0 t m程度とすればょレ、。 平均粒径が 0 . 1〜2 0 μ πι程度の誘電体セラミックス粉末を用いることで、 高密度成形を可 能としつつ、 粉末の凝集を抑制することができ、 周期構造を安定して形成する ことができる。 誘電体セラミックス粉末の望ましい平均粒径は 0 . 5〜1 0 j m、 より望ましい平均粒径は 0 . 5〜5 ^ 111である。
パインダ樹脂としてはアクリル系樹脂、 プチラール系樹脂、 ェチルセルロー ス系樹脂等を用いることができる。 また、 分散媒としては、 アセトン、 トルェ ン、メチルェチルケトン、エタノール等の各種有機溶剤を用いることができる。 誘電体セラミックス、 バインダ樹脂および分散媒の比率は、 それぞれ V o 1 % で 1 0〜 4 0 ： 5〜2 0 ： 4 0〜 8 5程度とすればよい。
なお、 必要に応じて、 ォレフインマレイン酸コポリマーゃォレイン酸等の分 散剤をさらに添加することができる。 分散剤を添加する場合には、 その添加量 を誘電体セラミックスに対し、 0 . l〜5 w t %程度とすればよい。
こうして得られたスラリーを、 ドクターブレード法等を用いてフィルム （例 えば P E Tフィルム） 上に塗布し、 乾燥させ、 第 6図 （a ) に示すようなダリ 一ンシー卜 1 1を得る。
グリーンシート 1 1には、 後述するシートパンチング工程で厚さ方向に貫通 する孔が所定パターンに穿孔される。 グリーンシート 1 1の厚さが厚すぎると、 グリーンシート 1 1を貫通する孔の断面形状がいびつになる。 具体的には、 シ 一ト上面における孔径とシート下面における孔径が相違して台形状となりやす い。 孔の断面形状がいびつなグリーンシート 1 1を積層して熱圧着すると、 誘 電体ブ口ック内の空隙の形状もいびつになり、 所望のパターンを形成すること ができず、 最終的に所望のバンドギャップを有するフォトニック結晶 1 0 0を 得ることが困難となるため、 好ましくない。 一方、 グリーンシート 1 1の厚さ が薄すぎると、 グリーンシート 1 1の強度が低く、 ハンドリングが難しい。 よ つて、 グリーンシート 1 1の厚さは;！〜 8 0 0 μ πι より望ましくは 1 0〜5 0 0 m、 さらに望ましくは 2 0〜2 0 0 μ mの範囲で適宜選択すればよい。 但し、 望ましいシート厚は穿孔方法にも依存するものであり、 穿孔方法に応じ て適宜設定する必要がある。
くシートパンチング工程 >
第 6図 （b ) に示すように、 シートパンチング工程では、 シート作製工程で 得られたグリーンシート 1 1に厚さ方向に貫通する孔 hが所定パターンに穿孔 される。 このパターンは、 最終的に得たいフォトニック結晶が 2次元周期構造 のものか、 3次元周期構造のものか、 等に応じて適宜決定する。 例えば、 第 2 図に示した 2次元周期構造のフォトニック結晶 1 0 0を得たい場合には、 第 7 図に示すようなパターンを有するパンチを準備すればよい。 こうしたパンチを 使用することで、 グリーンシート 1 1に一工程で複数の孔 hを穿孔することが できる。 なお、 グリーンシート 1 1の厚さによっては、 グリーンシート 1 1を 複数枚重ねてパンチングを行ってもよい。 また、 第 7図に示すようなパターン を有するパンチを用いることは必須の要件ではなく、 一孔のパンチを用いてグ リーンシート 1 1に穿孔してもよい。
所定パターンに穿孔されたグリーンシート 1 1を得るには、 パンチングの他 に、 ドリリング、 レーザ照射等の方法が適用可能である。
ここで、 孔 hの大きさは、 最終的に得たいフォトニック結晶 1 0 0の特性等 に応じて適宜設定する。 グリーンシート 1 1、 つまりシート状部材に対し、 上 述したパンチング等の方法で孔 hを穿孔することで、 ブロック状部材に対して ドライエッチング等の方法で穿孔していた従来の場合よりも、 微細な穿孔バタ ーンをグリーンシート 1 1に形成させることが: eきる。
また、 シ一トパンチング工程で穿孔する孔 hのサイズは、 焼成時の収縮率を 考慮して決定する。 例えば、 焼成後に直径 1 mmの空隙が形成されたフォト- ック結晶 1 0 0を得たい場合には、 シートパンチング工程では 1 . 1〜1 . 3 mm程度の孔 hを穿孔すればよい。 焼成前の誘電体ブロック 1 3が 5 0〜6 0 %程度の相対密度をもち、 それが焼成により 1 0 0 %の密度になると仮定す ると、 その線収縮率は 1 5 . 7〜2 0 . 6 %となる。 こめ場合に、 焼成後に直 径 l mmの空隙が形成されたフォトニック結晶 1 0 0を得たいとすると、 シー トパンチング工程では 1 . 1 9〜 1 . 2 6 mm程度の孔 hを穿孔すればよい。 また、 3次元周期構造のフォトニック結晶を最終的に得たい場合には、 3次 元構造を複数の薄層の積層体と考え、 各グリーンシート 1 1について、 各々の 層に相当する形状に穿孔すればよい。 なお、 穿孔方法は、 2次元周期構造のフ ォトニック結晶 1 0 0を作製する場合と同様である。
<シート積層工程 >
第 6図 （c ) に示すように、 シート積層工程では、 孔 hが所定パターンで穿 孔されたグリーンシート 1 1を積層し、 熱圧着する。 この熱圧着は、 グリーン シート 1 1を 1枚積層する毎に行ってもよいし、 複'数枚積層してから行っても よい。 グリーンシート 1 1の積層おょぴ熱圧着により、 第 6図 （d ) に示すよ うな所定パターンの空隙が形成された誘電体プロック 1 3が最終的に得られる。 つまり、 熱圧着はグリーンシート 1 1を一体化するために行う。
熱圧着の際の加熱温度は、 グリーンシート 1 1を作製する際に用いた樹脂成 分に依存する。 例えば、 シート作製に用いた樹脂がアクリル樹脂である場合に は、 加熱温度を 7 0〜 9 0 °Cに設定すればよい。 また、 圧力は、 シートの厚さ に応じて適宜設定すればよいが、 2 0〜8 0 k g f Z c m 2程度に設定すればよ い。 あまり温度が高すぎると、 もしくは圧力が高すぎると、 グリーンシート 1 1に形成した孔 hの形状が著しく変化し、 誘電体ブロック 1 3中の空隙が漬れ てしまう。 誘電体ブロック 1 3中の空隙が潰れると、 所望のパターンを有する フォトニック結晶 1 0 0を最終的に得ることが困難となる。 一方、 温度が低す ぎると、 もしくは圧力が低すぎると、 グリーン.シート 1 1同士の結合が不十分 となり、 剥がれが生じてしまう。 グリーンシート 1 1同士の結合が不十分であ る場合には、 焼成後にデラミネーシヨンやクラックが発生し、 やはり所望のパ ターンを有するフォトニック結晶 1 0 0を最終的に得ることが困難となる。 孔 hが形成されたグリーンシート 1 1を積層して得られた誘電体ブロック 1 3には、所定パターンの空隙が形成されることとなる。第 6図（d ) の例では、 円柱状の空隙が、 誘電体ブロック 1 3の表裏面を貫通するようにして多数形成 されている。 なお、 第 6図 （d ) では、 グリーンシート 1 1の積層数が 6枚の例を示した 、 積層数は特に限定されるものではなく、 最終的に得たいフォトニック結晶 1 0 0のサイズおょぴグリーンシート 1 1の厚さに応じて適宜決定する。
以上のように、 シート作製工程、 シートパンチング工程、 シート積層工程を 経ることで、 誘電体ブロック 1 3が得られる。
<切り出し工程〉
切り出し工程では、 最終的に得られるフォトニック結晶 1 0 0の用途に応じ て、 誘電体ブロック 1 3を所定形状に切り出す （なお、 所定形状に切り出され た後の誘電体ブロック 1 3を、 適宜 「成形体」 と称する）。
<脱パインダ処理 >
成形体には、 グリーンシート 1 1に相当する部分に多くの樹脂成分が含有さ れているため、 焼成工程に先立ち、 予め脱バインダ処理を行う。 脱バインダ処 理は通常の条件、 つまり、 バインダが分解でき、 ネックダロスが始まらない条 件で行えばよい。 例えば、 大気中、 昇温速度： 3 0〜1 2 0 °C/ h、 保持温度： 4 0 0〜 6 0 0 °C、 保持時間： 0〜 2時間で脱バインダ処理を行う。
脱バインダ処理を行つた後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶 1
0 0として用いてもよい。 成形体中の誘電体セラミックスは第 1誘電体部 1を 構成し、 一方、 第 1誘電体部 1における所定パターンの空隙内に存在する空気 が第 2誘電体部 2を構成する。
以下に示す焼成工程を行い、 成形体を焼結体とすることで、 機械的強度や比 誘電率がさらに向上したフォトニック結晶 1 0 0を得ることができる。
ぐ焼成工程〉
脱バインダ処理を行った後、 焼成工程に進む。 焼成工程では、 成形体を所定 の雰囲気温度に加熱保持する。
焼成条件は、 誘電体セラミックスの種類等に応じて適宜設定すればょレ、。 例 えば、 大気中、 昇温速度： 3 0 0〜 1 2 0 0 °C/ h、 保持温度： 8 0 0〜 1 0 0 0 °C、 保持時間： 0 . 1〜 3時間で焼成する。
以上、 詳述したように、 第 1の手法では、 厚さ方向に貫通する孔 hをダリー ンシー M lに所定パターンで穿孔し、 所定パターンの孔 hが穿孔されたダリ 一ンシート 1 1を積層することで、 所定パターンの空隙が周期的に配置された 誘電体プロック 1 3を得るようにした。 複雑な工程を要しない第 1の手法にお けるフォトニック結晶 1 0 0の製造方法によれば、'フォトニック結晶 1 0 0を 簡易かつ短時間で作製することができる。 よって、 第 1の手法におけるフォト ニック結晶 1 0 0の製造方法は、 量産性に優れる。
第 1の手法では、 他の誘電体材料よりも比誘電率が高い誘電体セラミックス を使用してフォトニック結晶 1 0 0を作製するようにしたので、 素子サイズを 小さくすることができる。 さらに、 比誘電率が高い誘電体セラミックスと、 比 誘電率が 1である空気とを使用してフォトニック結晶 1 0 0を作製するように したので、 両誘電体の比誘電率の比率を大きくすることができ、 広帯域のバン ドギャップを得ることができる。
シート積層工法を採用した第 1の手法では、 微細な孔 hがその表裏面を貫通 したフォトニック結晶 1 0 0を容易に得ることができる。 グリーンシート 1 1 それぞれについて穿孔パターンが同一である例を示したが、 穿孔パターンを各 シート毎に適宜変更させることももちろん可能である。 例えば、 3次元周期構 造のフォトニック結晶を作製する場合には、 グリーンシート 1 1の穿孔パター ンを各シート毎に適宜変更すればよい。 例えば、 第 2 1図に示したャブロノバ ィ トを第 1の手法により作製する場合には、 厚さ方向に貫通する孔 hが三角格 子状に配置されるという穿孔パターンを、 各シート毎に適宜変更すればよい。 このように、 シート積層工法を採用した第 1の手法では、 パターンの形状を適 宜選択することで、 所望の周期構造を備えたフォトニック結晶 1 0 0を得るこ とができるため、 周期構造の自由度も高い。
次に、 いわゆるシート工法を用いて誘電体プロック 1 3を形成し、 フォト二 ック結晶 1 0 0 Aを得る例を第 2の手法として示す。
[第 2の手法]
第 8図は、 第 4図に示したフォトニック結晶 1 0 O Aめ製造方法の一例を示 すフローチャートである。 第 8図に示すように、 第 2の手法では、 第 1の手法と同様の条件で誘電体ブ ロック 1 3を作製する。 そして、 この誘電体ブロック 1 3の空隙内に、 粉末状 の第 2の誘電体セラミックスを含む粉末スラリ一を充填することで、 第 1の誘 電体セラミックスと第 2の誘電体セラミックスとが周期的に配列されたフォト ニック結晶 1 0 O Aを作製する。
粉末スラリ一充填工程および乾燥工程を経ることで、 第 2の誘電体セラミツ クスを含む粉末スラリーが第 2誘電体部 2 Aとなる。
以下、 第 2の手法の特徴的な部分について詳述する。
まず、 粉末スラリ一充填工程に先立ち行われる粉末スラリ一作製工程につい て説明する。
<粉末スラリー作製工程 >
粉末スラリー作製工程では、 第 2の誘電体セラミックス、 分散媒および分散 剤をらいかい機等で混合し、 所定の粘度を有する粉末スラリーを作製する。 粉 末スラリ一をバインダレス、 具体的にはバインダ樹脂を添加しないものとする ことで、 粉末スラリーの粘度が高粘度になりすぎることを防止することができ る。
第 2の誘電体セラミックスとしては、 上述した比誘電率が高い誘電体セラミ ックスを用いることができる。
第 1の誘電体セラミックスと同様の理由に基づき、 第 2の誘電体セラミック スの平均粒径は 0 . 1〜2 0 μ πι程度とすればよい。 第 2の誘電体セラミック スの望ましい平均粒径は 0 . 5〜1 0 μ πι、 よ.り望ましい平均粒径は 0 . 5〜 5 μ mである。
なお、 焼成時に、 第 1の誘電体セラミックスと第 2の誘電体セラミックスと の挙動を合わせるために、 第 1の誘電体セラミッタスのサイズと第 2の誘電体 セラミッタスのサイズを略同一としておくことが望ましい。
分散媒としては、 タービネオール、 プチルカルビトール等を用いることがで きる。 分散媒の種類や量を適宜選択することで、 粉末スラリーの粘度を調整す ることができる。 例えば、 プチルカルビトールは粘度が低く、 一方、 タービネ 2004/008693
- 25 - オールは粘度が高いため、 両者を適当な比率で混合して分散媒とすることで、 粉末スラリーの粘度を適宜、 調整することができる。
粉末スラリー中の粉体濃度は、 誘電体プロック 1 3中の粉体密度と同等とな るように設定する。 上述した条件で誘電体プロック 1 3を作製した場合には、 第 2の誘電体セラミックスおよぴ分散媒の比率は、 V o 1 %で 4 0〜 5 5 ： 4 5〜6 0程度、 望ましくは 4 5〜 5 5 ： 4 5〜5 5程度とすればよい。 但し、 粉末スラリーの粘度は、 グリーンシート 1 1に形成する孔 hのサイズに応じて 適宜設定する必要がある。 また、 乾燥工程における乾燥収縮分も考慮して、 粉 末スラリ一の粘度を設定する。
また、必要に応じて、ォレイン酸等の分散剤をさらに添加することができる。 分散剤を添加する場合には、 その添加量を第 2の誘電体セラミックスに対し、 0 . 2〜5 w t %程度とすればよい。 分散剤の種類は特に限定されるものでは ないが、 粉末スラリ一の粘度を低くする上で有効であるという理由から、 ォレフインマレイン酸コポリマーが望ましい。 分散剤としてォレフインマレイ ン酸コポリマーを選択する場合の望ましい添加量は、 第 2の誘電体セラミック スに対し、 0 . 2〜5 w t %程度である。
なお、 上述したように、 粉末スラリーをバインダレスとすることで、 粉末ス ラリ一の粘度を低いレベル、 具体的には後述するスラリ一充填工程に適した低 粘度のものとすることができる。 但し、 グリーンシート 1 1に形成する孔 hの 径ゃスラリーの充填方法に応じて、 適宜、 樹脂成分 （例えば、 ェチルセルロー ス） 添カ卩して粉末スラリーの粘度を調整してもよい。
<粉末スラリー充填工程〉
粉末スラリ一充填工程では、 誘電体プロック 1 3の空隙内に粉末スラリ一が 充填される。 なお、 粉末スラリー作製工程は、 粉末スラリー充填工程の前に行 われればよく、 必ずしもシート作製工程と同じ段階で行われる必要はない。 粉末スラリ一の充填方法としては吸引が望ましい。 吸引により誘電体プロッ ク 1 3の空隙内に粉末スラリーを充填するには、 まず、 金属、 セラミックス、 ポリテトラフルォロエチレン （商標名：テフロン） 等の多孔質の吸引板に、 誘 電体プロック 1 3を載置する。 次いで、 誘電体プロック 1 3の上部、 つまり誘 電体ブロック 1 3において吸引板と接していない側に、 第 2の誘電体セラミッ クスを含む粉末スラリーを十分のせる。 そして、 ポンプを用いて、 吸引板の下 から粉末スラリーを吸引する。これにより、誘電体ブロック 1 3中の空隙内に、 粉末スラリーを密に充填させることができる。 吸引完了後に、.誘電体ブロック
1 3上部に残存している粉末スラリーをスキージ等で除去する。
粉末スラリ一の粘度は、 誘電体プロック 1 3の空隙の大きさに応じて適宜設 定する。 粘度が高すぎると、 粉末スラリーの吸引が難しく、 一方、 粘度が低す ぎると、 成形体、 つまり粉末スラリ一を充填させた誘電体プロック 1 3を乾燥 させることで得られる成形体にポアが発生しやすい。 よって、 誘電体ブロック
1 3の空隙内に粉末スラリーを効率よく充填することが可能な程度に、 粉末ス ラリーの粘度を設定する。
なお、 粉末スラリーの充填方法として、 吸引の他には加圧による充填方法が 望ましい。 加圧による充填方法を採用するには、 まず、 誘電体ブロック 1 3の 上部に粉末スラリ一を十分のせる。 そして、 空気圧やスキージによる塗布など の方法を用いて圧力をかけて、 粉末スラリーを誘電体ブロック 1 3の空隙内に 充填させればよい。
ぐ乾燥工程 >
乾燥工程では、 粉末スラリ一が充填された誘電体プロック 1 3を乾燥させる ことで、 成形体を得る。 乾燥方法は特に限定されるものではなく、 自然乾燥で も加熱乾燥でもよい。 .
なお、 乾燥後に得られた成形体の密度が十分に高くない場合には、 乾燥工程 後に熱プレスを行ってもよい。 但し、 第 1誘電体部 1 Aと第 2誘電体部 2 Aの 弾性挙動が相違するような場合には、 熱プレスにより、 両材質間に応力が発生 して成形体にクラックが発生する場合がある。よって、熱プレスを行う際には、 第 1誘電体部 1 Aと第 2誘電体部 2 Aとが同等の弾性挙動をもつように、 材料 の選択等を行う必要がある。 例えば、 粉末スラリーを作製する際に、 グリーン シート 1 1作製時に使用したバインダ樹脂を所定量含有させることで、 第 1誘 電体部 1 Aと第 2誘電体部 2 Aとの弾性挙動を合わせることができる。
<切り出し工程 >
切り出し工程では、 最終的に得られるフォトニック結晶 1 0 O Aの用途に応 じて、 誘電体プロック 1 3を所定形状に切り出す。 '
乾燥工程後に行なわれる脱バインダ処理も、 第 1の手法の箇所で詳述した通 りである。 脱パインダ処理を経ることで、 成形体中の第 1の誘電体セラミック スと第 2の誘電体セラミックスは、 それぞれ第 1誘電体部 1 A、 第 2誘電体部 2 Aを構成することとなる。
乾燥および脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニ ック結晶 1 0 O Aとして用いてもよいが、 成形体を焼結体とすることで、 機械 的強度や誘電率がさらに向上したフォトエック結晶 1 0 O Aを得ることができ る。 焼成工程も、 第 1の手法で示した条件で行なえばよい。
焼成工程において、 成形体中の第 1の誘電体セラミックスと第 2の誘電体セ ラミックスは同時焼成される。 よって、 両材質、 つまり、 第 1誘電体部 1 Aを 構成する材質 （第 1の誘電体セラミックス） と第 2誘電体部 2を構成する材質 (第 2の誘電体セラミックス） との焼成挙動を十分にマッチングさせておく必 要がある。 仮に、 両材質との焼成挙動が相違すると、 第 1誘電体部 1 Aと第 2 誘電体部 2 Aとの間に応力が発生し、 フォトニック結晶 1 0 0 Aとなる焼結体 にクラックが発生する場合があるからである。
なお、 誘電体ペーストを塗布したシートを積層し、 この積層体を焼成すると いういわゆる印刷法によっても、 同時焼成は可能ではある。 但し、 この印刷法 によれば、誘電体ペース卜がシート上に存在することになるため、積層方向（Z 方向） に連続したパターンが形成されたフォトニック結晶を得ることはできな レ、。 これに対し、 第 2の手法では、 積層方向に連続した空隙を有する誘電体ブ ロック 1 3に粉末スラリーを充填するという新規な手法を採用しているため、 積層方向に連続したパターンが形成されたフォトニック結晶 1 0 O Aを得るこ とができる。 つまり、 第 2の手法によるフォトニック結晶 1 0 O Aの製造方法 によれば、 印刷法よりも周期構造の自由度が高い。 また、 印刷法の場合には、 誘電体ペース トの厚さによっては凹凸が激しいシ ート同士を積層することになる。 このため、 シートに形成される凹凸に起因し て、 積層が困難 （形状の保持が困難)、 焼成時または焼成後に焼結体にクラック が生じやすい、 シート同士が焼成後に剥離しやすい、 という問題がある。 そし て、 シートに形成される凹凸に起因する問題を最小限にしょうとすると、 誘電 体ペーストの厚さが限定されることになり、 これは最終的にはフォトニック結 晶の周期構造の自由度の低下を招くことになる。これに対し、第 2の手法では、 予め孔 hを形成したグリーンシート 1 1を積層することで、 所定パターンの空 隙を誘電体プロック 1 3中に形成するようにしたので、 焼成時または焼成後に 焼結体にクラックが生じにくく、 シート同士が焼成後に剥離しやすいという問 題も生じにくい。 よって、 第 2の手法によれば、 高強度かつ信頼性の高いフォ トニック結晶 1 0 O Aを得ることができる。
以上、 第 2の手法を詳述した。 工程数が少なく、 かつ複雑な工程も要しない ことから、 第 2の手法によれば、 フォトニック結晶 1 0 O Aを簡易かつ短時間 で作製することができる。 よって、 第 2の手法も、 量産性に優れる。
また 2種類の誘電体セラミックスを使用する第 2の手法によれば、 高強度か つ広帯域のバンドギャップを示すフォトニック結晶 1 0 O Aを得ることができ る。
第 1の手法および第 2の手法では、 厚さ方向に貫通する孔 hをグリーンシー ト 1 1、 つまりシート状部材に所定パターンで穿孔し、 この穿孔されたダリー ンシート 1 1を積層することで、 所定パターン.の空隙が周期的に配置された誘 電体ブロック 1 3を得るようにした。 ある程度の厚さを有するブロック状部材 に穿孔するよりも、 薄いグリーンシート 1 1に穿孔する方が容易であり、 かつ 微細な穿孔パターン （例えば直径 2 mm以下、 さらには直径 0 . 1〜1 . 5 m m程度） とすることができる。 こうした微細な穿孔パターンが形成されたダリ 一ンシート 1 1を積層することで、 従来法では得ることが困難であった微細な パターンを有する新規なフォトニック結晶 1 0 0を得ることも可能となる。 なお、 第 2図および第 4図ではいわゆるハ-カム構造のパターンを有するフ オトニック結晶 1 0 0， 1 0 O Aを示したが、 グリーンシート 1 1の穿孔パタ ーンを変更することで、 他の構造パターンを有するフォトニック結晶 1 0 0， 1 0 O Aを得ることもできる。
また、 上述したシートパンチング工程では、 グリーンシート 1 1に一度に複 数の孔 hを形成する例を示したが、 少量多品種に対応する場合には、 孔のバタ ーンに対応してパンチの動作を制御して、 一孔ずつ穿孔することもできる。 孔 のサイズを変えるときには、 径が異なる複数のパンチを用意し、 コンピュータ で使用するパンチを選定することができる。
このように、 シートパンチングをコンピュータ制御で行うことにより、 パタ ーン変更に伴うコストや時間をほとんど要することなく、 少量多品種に対応し たフォトエック結晶 1 0 0， 1 0 O Aを作製することができる。
さらにまた、 第 2の手法では第 1の誘電体セラミックスおよび第 2の誘電体 セラミックスを用いてフォトニック結晶 1 0 O Aを作製する例を示したが、 さ らに第 3の誘電体を使用してフォトニック結晶を作製することもできる。 この ように、 さらに第 3の誘電体を使用してフォトニック結晶を作製することで、 新たな周期構造を備えたフォトニック結晶を得ることができる。 ここで、 第 3 の誘電体は空気であってもよいし、第 3の誘電体セラミックスであってもよレ、。 第 3の誘電体を第 3の誘電体セラミックスとする場合には、 例えば、 誘電体ブ ロック 1 3の一部の空隙に第 2の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを充 填し、 残りの空隙には第 3の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを充填す ればよい。 .
く第 3の手法 >
いわゆる印刷工法を用いて誘電体プロックを形成し、 第 2図に示した形状を 備えたフォトニック結晶 1 0 0を得る例を、 第 3の手法として示す。
第 9図は、 第 2図に示したフォトニック結晶 1 0 0の製造方法のフローチヤ ートである。 また、 第 1 0図は、 第 9図中に示した印刷工程を模式的に示す図 である。
第 9図に示すように、 第 3の手法では、 誘電体セラミックスおよぴ榭脂等を 混合し誘電体ペーストを作製する誘電体ペースト作製工程、 誘電体ペースト作 製工程で得られた誘電体ペーストを所定パターンに印刷する印刷工程と、 誘電 体ペーストを乾燥させてセラミックス組成体とする乾燥工程と、 印刷およぴ乾 燥を繰り返すことで得られる誘電体プロックを所定形状に切り出す切り出しェ 程、 所定形状に切り出された成形体を焼成する焼成工程を含む。
以下、 第 9図に示した各工程について詳述する。
<誘電体ペースト作製工程 >
誘電体ペースト作製工程では、 まず、 誘電体セラミックス粉末、 バインダ樹 脂および分散媒をボールミルゃらいかレ、機等で混合して誘電体ペーストを得る。 誘電体セラミックス粉末としては、上述した B a O— T i O 2—希土類系セラ ミックス粉末等を用いることができる。 誘電体セラミックス粉末の量は、 誘電 体ペーストに対して約 2 0〜 6◦ w t %とすればょレ、。 また、 誘電体セラミツ タス粉末の平均粒径は、 上述の場合と同様に、 0 . 1〜2 0 程度とすれば よい。
後述する積層工程で熱圧着を行う場合には、 バインダ樹脂としては熱可塑性 であり、 かつ高強度のものを用いる。 バインダ樹脂としてはアクリル系樹脂、 プチラール系樹脂、 ェチルセルロース系樹脂等を用いることができる。 バイン ダ樹脂の量は誘電体セラミックス粉末に対して約 4〜1 0 w t %とすればよい。 また、 分散媒としては、 プチルカルビトール、 ブチルカルビトールァセテ一 ト、 タービネオール等の各種有機溶剤を用いることができる。 これらを分散媒 として用いるのは、 上述したバインダ樹脂を溶解でき、 かつ比較的、 低沸点で あるからである。
分散媒の種類や量を適宜選択することで、 誘電体ペーストの粘度を調整する ことができる。 例えば、 プチルカルビトールは粘度が低く、 一方、 ターピネオ ールは粘度が高い。よって、両者を適当な比率で混合して分散媒とすることで、 誘電体ペーストの粘度を印刷工法に適した粘度とすることができる。
誘電体ペーストの粘度が低すぎると、 ペーストだれが起き、 続く印刷工程で 所望の印刷パターンを形成することが困難となる。 また、 '粘度が高すぎると、 8693
- 31 - 誘電体ペーストのスクリーン離れが悪くなり、 所望のパターンの印刷が困難と なる。 よって、 誘電体ペーストの粘度は注意深く調整する必要がある。 なお、 誘電体ペース トの粘度は、 印刷パターンや印刷工程で用いる印刷工法等も考慮 して、 適切な範囲に調整する。 印刷工法としてスクリーン印刷:!:法を採用する 場合には、誘電体ペーストの粘度は 5 0 0〜 5 0 0 0 0 c p程度とすればよい。 なお、 必要に応じて、 分散剤をさらに添加して誘電体ペーストを作製するこ とができる。 例えばォレフインマレイン酸コポリマーゃォレイン酸を分散剤と して用いることができ、 その添加量は誘電体セラミックス粉末に対し、 0 . 1 〜5 w t %程度とすればよい。 なお、 誘電体ペーストに対し、 さらに可塑剤を 添カ卩してもよい。 可塑剤の添加量は、 誘電体セラミックス粉末に対し、 0 . 1 〜 5 w t %程度とすればよ 、。
く印刷工程、 乾燥工程 >
印刷工程では、 スクリーン印刷工法等を用いて誘電体ペーストを所定の印刷 パターンで印刷し、 続く乾燥工程では誘電体ペーストを乾燥させてセラミック ス組成体とする。
第 1 0図は、 印刷工程を模式的に示す断面図である。
まず、 第 1 0図 （a ) に示すように、 1層目を構成することとなる誘電体べ 一ス トをフィルム （例えば P E Tフィルム） F上に所望の印刷パターンで印刷 する。 ここで、 印刷パターンは、 最終的にどのような周期構造を有するフォト ニック結晶 1 0 0を得たい力、 に応じて決定する。 例えば、 最終的に第 2図に 示したようなハニカム構造のフォトニック結晶.1 0 0を得たい場合には、 第 7 図に示したような印刷パターンを採用する。 第 7図に示した印刷パターンを採 用した場合には、 厚さ方向に貫通した孔 hが 6角格子状に規則的に形成された セラミックス組成体 2 1を形成する。 印刷後、 印刷された誘電体ペーストは、 加熱乾燥または自然乾燥される。
続いて、 第 1 0図 （b ) に示すように、 1層目を構成するセラミックス組成 体 2 1の上に、 2層目を構成することとなる誘電体ペーストを 1層目と同じ印 刷パターンで印刷し、 1層目と同様に乾燥させる。 1層目を構成するセラミツ 08693
- 32 - タス組成体 2 1には孔 hが所望の 2次元周期パターンで形成されている。 この 孔 hを除く部分に、 2層目を構成することとなる誘電体ペーストが重ねて印刷 される。 これにより、 厚さ方向に貫通した孔 hが所定パターンで形成された新 たなセラミックス組成体 2 1が、 1層目を構成するセラミックス組成体 2 1の 上に積層される。
同様の手順で、 所望の厚さを有する積層体が得られるまで、 印刷および乾燥 を繰り返す。 これにより、 第 1 0図 （c ) に示すような、 セラミックス組成体 2 1の積層体、 つまり、 所定パターンの空隙が形成された誘電体プロック 1 3 Aが得られる。 なお、 原則、 印刷工法ではプレスする必要はないが、 誘電体ブ ロック 1 3 Aに対して熱プレス等を行ってもよい。 熱プレスされた状態の誘電 体プロック 1 3 Aを第 1 0図 （d ) に示しておく。
また、 印刷工法はスクリーン印刷工法に限定されるものではなく、 セラミッ クス組成体 2 1の厚さに応じてグラビア印刷、 凸版印刷、 オフセッ ト印刷等の 公知の印刷工法を適宜選択することができる。
<切り出し工程 >
印刷工程後、基体としてのフィルム Fは誘電体ブロック 1 3 Aから剥離され、 続く切り出し工程に進む。 切り出し工程では、 最終的に得られるフォトニック 結晶 1 0 0の用途に応じて、 誘電体プロック 1 3 Aを所定形状に切り出す （な お、 所定形状に切り出された後の誘電体ブロック 1 3 Aを、 適宜 「成形体」 と . 称する）。
く脱バインダ処理〉
切り出し工程後に得られる成形体には、 多くの樹脂成分が含有されているた め、 焼成工程に先立ち、 予め脱バインダ処理を行う。 脱バインダ処理は、 第 1 の手法の箇所で示したのと同様の条件で行えばょレ、。
脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶 1 0 0として用いてもよいが、 成形体を焼結体とすることで、 機械的強度や誘電 率がさらに向上したフォトニック結晶 1 0 0を得ること できる。焼成工程も、 第 1の手法の箇所で示したのと同様の条件で行えばよい。 3
- 33 - 以上、 第 3の手法を詳述した。 印刷工法を採用した第 3の手法によっても、 微細な孔 hがその表裏面を貫通したフォトニック結晶 1 0 0を容易に得ること ができる。
なお、 ハニカム構造の周期構造を備えたフォトニック結晶 1 0 0を得る例を 示したが、 印刷パターンを所望の周期構造に合わせて適宜選択することで、 他 の 2次元周期構造のパターンを備えたフォトニック結晶 1 0 0を容易に得るこ とができる。 また、 印刷工法で作製したセラミックス糸且成体 2 1を、 印刷工法 で積層する例を示したが、 印刷工法で作製したセラミックス組成体 2 1を第 1 の手法で示したシート積層工程のような要領で積層してもよい。
さらに、 第 1 0図に示した誘電体ブロック 1 3 Aに、 第 2の誘電体セラミツ クスを含む粉末スラリーを第 2の手法と同様の手順で充填することにより、 第 4図に示したフォトニック結晶 1 0 O Aを得ることもできる。
<第 4の手法〉
次に、 第 4の手法について説明する。
第 4の手法では、 第 1およぴ第 2の誘電体セラミックスを含むセラミックス 複合体を作製し、 このセラミックス複合体を積層して誘電体ブロック （積層体） を形成し、 フォトニック結晶 1 0 O Aを作製する。 セラミックス複合体では、 第 1の誘電体セラミックスと第 2の誘電体セラミックスが同一面内に周期的に 配置されている。
第 1 1図は、 第 4の手法によりフォトニック結晶 1 0 O Aを作製する場合の フローチャートである。 第 1 2図は、 第 1 1図.中に示したセラミックス複合体 作製工程を模式的に示す断面図である。 第 1 3図は、 第 1 1図中に示した積層 工程を模式的に示す図である。
第 1 1図に示すように、 第 4の手法では、 第 1および第 2の誘電体セラミツ クス粉末、 パインダ樹脂および分散媒等を混合して第 1および第 2の誘電体ぺ ーストを作製する誘電体ペースト作製工程、 第 1および第 2の誘電体ペースト を用いて第 1および第 2の誘電体セラミックス粉末を含むセラミックス複合体 を作製するセラミックス複合体作製工程、 セラミックス複合体を積層し積層体 としての誘電体プロックを得る積層工程、 誘電体プロックを所定形状に切り出 す切り出し工程、 切り出された成形体を焼成する焼成工程を経ることにより、 フォトニック結晶 1 0 O Aを作製する。
以下、 第 1 1図に示した各工程について詳述する。
<誘電体ペースト作製工程 >
誘電体ペースト作製工程では第 1の誘電体セラミックス粉末を含む第 1の誘 電体ペースト （第 1のセラミックス組成物）、 第 2の誘電体セラミックス粉末を 含む第 2の誘電体ペースト（第 2のセラミックス糸且成物）をそれぞれ作製する。 各ペーストは、 第 3の手法の箇所で述べた手順で作製すればょ 、。
なお、 第 1の誘電体セラミックス粉末と第 2の誘電体セラミックス粉末とを 区別する必要がある場合を除き、 両者を総称して 「誘電体セラミックス粉末 J とレヽう。
第 4の手法では、 後述する積層工程で熱圧着を行うため、 バインダ樹脂とし ては熱可塑性であり、 かつ高強度のものを用いる。 バインダ樹脂および分散媒 は、 第 3の手法の箇所で示したものを用いることができる。
第 4の手法では、 可塑剤や分散剤をさらに添加することが望ましい。 可塑剤 は、 使用するパインダ樹脂の種類に応じて選択する。 上述したアクリル系樹脂 等をバインダ樹脂とする場合には、 例えばフタル酸系の可塑剤を使用すること ができる。 可塑剤を添加する場合には、 その添加量を誘電体セラミックス粉末 に対し、 0 . ：!〜 5 w t %程度とすればよい。
分散剤についても、 第 3の手法の箇所で示したものを用いることができ、 そ の添加量は第 1の誘電体セラミックスに対し、 0 . l〜5 w t %程度とすれば よい。
分散媒の種類や量を適宜選択することで、 誘電体ペーストの粘度を調整する ことができる。 例えば、 粘度が低いプチルカルビトールと、 粘度が高いターピ ネオールとを適当な比率で混合して分散媒とすることで、 誘電体ペーストの粘 度を印刷工法に適した粘度とすることができる。 また、 インダ樹脂の種類や 量を適宜選択することで、 誘電体ペーストの粘度を調整することもできる。 誘電体ペース トの粘度が低すぎると、 印刷だれが起き、 印刷工法を用いたセ ラミックス複合体作製工程で所望の印刷パターンを形成することが困難となる。 また、 粘度が高すぎると、 薄く印刷することができず、 得られるセラミックス 複合体の厚さが厚くなつてしまう。 仮に、 こうした厚さの厚いセラミックス複 合体を積層したとすると、 厚さ方向のステップ数が少なくなるため、 最終的に 得られるフォトニック結晶の厚さ方向の断面形状がいびつになりやすい。 よつ て、 誘電体ペーストの粘度は注意深く調整する必要がある。 なお、 誘電体べ一 ス トの粘度は、 印刷パターンや採用する印刷工法等も考慮して、 適切な範囲に 調整する。 印刷工法としてスクリーン印刷工法を採用する場合には、 誘電体べ 一ストの粘度は 2 P a · s〜5 0 P a · s程度とすればよレヽ。
<セラミックス複合体作製工程 >
続くセラミックス複合体作製工程では、 第 1の誘電体ペーストおよび第 2の 誘電体ペーストをそれぞれ印刷することで、 第 1および第 2の誘電体セラミッ タスを含むセラミックス複合体を作製する。 印刷は、 第 1の誘電体ペーストが 第 1誘電体部 1 Aに対応する部位に、 第 2の誘電体ペース トが第 2誘電体部 2 Aに対応する部位に、 それぞれ配設されるように行う。
第 1 2図は、 セラミックス複合体作製工程を模式的に示す断面図である。 まず、 第 1 2図 （a ) に示すように、 1層目を構成することとなる第 1の誘 電体ペーストをフィルム （例えば P E Tフィルム） F上に所望の印刷パターン で印刷する。 この印刷は、 例えばスクリーン印刷工法を用いて行うことができ る。 印刷後、 印刷された第 1の誘電体ペースト.は、 加熱乾燥または自然乾燥さ れる。
ここで、 印刷パターンは、 最終的にどのような周期構造を有するフォ トニッ ク結晶 1 0 O Aを得たいか、 に応じて決定する。 例えば、 最終的に第 4図に示 したようなハニカム構造のフォトニック結晶 1 0 O Aを得たい場合には、 第 7 図に示したような印刷パターンを採用する。 第 7図に示した印刷パターンを採 用した場合には、 厚さ方向に貫通した孔 hが 6角格子状に規則的に形成された 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aが得られる。 続いて、 第 1 2図 （b ) に示すように、 1層目の印刷パターンの反転パター ンで、 第 2の誘電体ペース トを印刷する。 印刷後、 印刷された第 2の誘電体べ ーストは、 加熱乾燥または自然乾燥される。 .
ここで、 第 2の誘電体ペース トを反転パターンで印刷するのは、 第 1のセラ ミックス組成物 1 1 Aに形成された孔 hを、第 2の誘電体ペースト、すなわち、 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aで充填し、 第 1のセラミックス組成物 1 1 A と第 2のセラミックス i!S成物 1 2 Aとを同一面内に配置させるためである。 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aおよび第 2のセラミックス糸且成物 1 2 Aとで構 成されるセラミックス複合体 Cの表面が平滑になるよう、 第 1のセラミックス 組成物 1 1 Aの厚さおよび第 1のセラミックス組成物 1 1 Aの孔 hのサイズに 基づき、 第 2の誘電体ペース トの塗布量を制御する必要がある。
基体としてのフィルム Fをセラミックス複合体 Cから剥離した状態を、 第 1 3図 （a ) に示す。 セラミックス複合体 Cは後述する積層工程で順次積層され ることになる力 S、 セラミックス複合体 Cの厚さが薄すぎると、 セラミックス複 合体 Cの強度が低く、 ハンドリングが難しい。 よって、 積層工程におけるハン ドリングのしやすさを考慮して、 セラミックス複合体 Cの厚さは 1〜8 0 0 μ m、 より望ましくは 1 0〜5 0 0 i m、 さらに望ましくは 2 0〜 2 0 0 mの 範囲内とする。
<積層工程 >
セラミックス複合体作製工程で所望の厚さを備えたセラミックス複合体 Cを 所定枚数作製した後、 積層工程に進む。 なお、 .積層工程に先立ち、 予めフィル ム Fをセラミックス複合体 Cから剥離しておく。
積層工程では、 第 1 3図 （b ) に示すように、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aと第 2のセラミックス組成物 1 2 Aとがそれぞれ所定の部位に配置された セラミックス複合体 Cを積層し、 熱圧着する。 この熱圧着は、 セラミックス複 合体 Cを 1枚積層する毎に行ってもよいし、複数枚積層してから行ってもよレ、。 セラミックス複合体 Cの積層および熱圧着により、 第 1 3図 （c ) に示すよう な誘電体ブロック 1 3 Bが最終的に得られる。 つまり、 熱圧着はセラミックス 2004/008693
- 37 - 複合体 Cを一体化するために行う。
熱圧着の際の加熱温度は、 第 1の誘電体ペーストおよび第 2の誘電体ペース トを作製する際に用いたバインダ樹脂成分に依存する。 例えば、 ペース ト作製 に用いたバインダ樹脂がアクリル樹脂である場合には、 加熱温度を 7 0〜9 0 °Cに設定すればよい。 熱圧着は、 セラミックス複合体 Cがそれぞれ積層ずれ をおこさずにきちんと接着されることが重要なので、 大きな圧力を付与する必 要はない。 圧力は、 セラミックス複合体 Cの厚さに応じて適宜設定すればよい 1 2 0〜8 0 k g f Z c m 2程度に設定すればよい。
セラミックス複合体 Cの積層体である誘電体プロック 1 3 Bは、 所定の周期 構造を有する。 第 1 3図 （c ) の例では、 円柱状の第 2誘電体部 2 Aが、 誘電 体ブロック 1 3 Bの表裏面を貫通するようにして多数配置されて、 ハニカムパ ターンの 2次元周期構造を形成している。 なお、 第 1 3図 （c ) では、 セラミ ックス複合体 Cの積層数が 6枚の例を示したが、 積層数は特に限定されるもの ではなく、 最終的に得たいフォトニック結晶 1 0 0 Aのサイズ等に応じて適宜 決定する。
得られた誘電体ブロック 1 3 Bの密度を増加させるために、 切り出し工程に 先立って熱プレスを行ってもよい。 熱プレスの条件も、 セラミックス複合体 C を作製する際に使用したバインダ樹脂等に依存するが、 例えば圧力は 5 0 0〜 2 0 0 0 k g f / c m 2程度に設定すればよい。 また、誘電体ペースト作製に用 いたバインダ樹脂がアクリル樹脂である場合には、 加熱温度を 7 0〜9 0 °Cに 設定すればよい。 .
但し、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aと第 2のセラミックス組成物 1 2 A の弾性挙動が相違するような場合には、 熱プレスにより、 両材質間に応力が発 生して成形体にクラックが発生する場合がある。 よって、 熱プレスを行う際に は、 第 1のセラミックス糸且成物 1 1 Aと第 2のセラミックス糸且成物 1 2 Aとが 同等の弾性挙動をもつように、 材料の選択等を行う必要がある。 例えば、 第 1 の誘電体ペースト中のバインダ樹脂と同じ樹脂を用いて索 2の誘電体ペースト を作製することで、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aと第 2のセラミックス組 8693
- 38 - 成物 1 2 Aとの弾性挙動を合わせることができる。
切り出し工程、 脱パインダ処理は第 1の手法と同様の条件で行えばよい。 脱 バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶 1 0 0 Aとして用いてもよレ、。 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aを第 1誘電体部 1 A に対応する部位に、 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aを第 2誘電体部 2 Aに対 応する部位に、 それぞれ配設してセラミックス複合体 Cを作製し、 このセラミ ックス複合体 Cを厚さ方向に積層することで、 誘電体ブロック 1 3 Bを作製し た。 よって、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aに相当する部分が第 1誘電体部 1 Aとなり、 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aに相当する部分の第 2誘電体部 2 Aとなる。
焼成工程は必須の工程ではないが、 成形体を焼結体とすることで、 機械的強 度や誘電率がさらに向上したフォトニック結晶 1 0 O Aを得ることができる。 焼成工程を実施する場合には、 焼成条件は第 1の手法と同様とすればよい。 以上、 第 4の手法について詳述した。 複雑な工程を要しないことから、 第 4 の手法によれば、 フォトニック結晶 1 0 0 Aを簡易かつ短時間で作製すること ができる。 よって、 第 4の手法におけるフォトニック結晶 1 0 O Aの製造方法 も量産性に優れる。
なお、 セラミックス複合体 Cを積層する際に、 接着層を介在させて、 接着強 度を増加させてもよい。 この場合には、 第 1 3図に示した積層工程で、 表面ま たは裏面に薄い接着層を印刷したセラミックス複合体 Cを順次積層させればよ い。 .
また、 上述した積層工程では、 フィルム Fからセラミックス複合体 Cを剥離 して、 セラミックス複合体 Cを順次積層する例を示したが、 セラミックス複合 体 C同士を熱圧着した後、 フィルム Fを剥離するようにしてもよレ、。 例えば、 第 1 2図 （b ) に示したセラミックス複合体 Cの上に、 フィルム Fが付着され た状態のセラミックス複合体 Cを、 セラミックス複合体 C同士が対向するよう に積層し、熱圧着した後に、フィルム Fを剥離するようにしてもよレ、。 この際、 セラミックス複合体 C同士の間に接着層を介在させて、 一方のセラミックス複 合体 cが他方のセラミックス複合体 c上に転写されるようにしてもよい。
<第 5の手法〉
第 4の手法では、 複数のセラミックス複合体 Cを予め作製した後、 このセラ ミックス複合体 Cを積層して誘電体ブロック 1 3 Bを形成し、 第 4図に示した 形状を備えたフォトニック結晶 1 0 O Aを得る例を示した。 第 5の手法では、 第 1のセラミックス糸且成物 1 1 Aを配設した後に、 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aを配設することによりセラミックス複合体 Cを作製し、 このセラミック ス複合体 C上に、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aを配設した後に第 2のセラ ミックス組成物 1 2 Aを配設することを繰り返すことにより.セラミックス複合 体 Cを積層する。 より具体的には、 第 1の誘電体セラミックスを含む第 1の誘 電体ペーストと、 第 2の誘電体セラミックスを含む第 2の誘電体ペーストとを 交互に印刷することで、 セラミックス複合体 Cの積層体としての誘電体プロッ ク 1 3 Bを形成し、 第 4図に示した形状を備えたフォトニック結晶 1 0 O Aを 得る例を第 5の手法として示す。
第 1 4図は、 第 5の手法によりフォトニック結晶 1 0 O Aを作製する場合の フローチャートである。 また、 第 1 5図は、 第 1 4図中に示した誘電体ブロッ ク作製工程を模式的に示す図である。
第 1 4図に示すように、 第 5の手法では、 第 1および第 2の誘電体セラミツ タス粉末、 バインダ樹脂および分散媒等を混合し第 1およぴ第 2の誘電体べ一 ストを作製する誘電体ペースト作製工程、 誘電体ペースト作製工程で得られた 第 1の誘電体ペーストを所定パターンに印刷する第 1の印刷工程と、 誘電体ぺ ースト作製工程で得られた第 2の誘電体ペーストを第 1の印刷工程における印 刷パターンと反転パターンで印刷する第 2の印刷工程と、 第 1の印刷工程およ ぴ第 2の印刷工程を繰り返すことで得られる誘電体プロックを所定形状に切り 出す切り出し工程、 所定形状に切り出された成形体を焼成する焼成工程を経る ことによりフォトニック結晶 1 0 O Aを作製する。
以下、 第 1 4図に示した各工程について詳述する。 '
<誘電体ペースト作製工程 > 8693
- 40 - 可塑剤を添加する必要がない点、 バインダ樹脂として以下のものを用いる以 外は、 基本的に第 3および第 4の手法と同様の手順で第 1の誘電体ペーストぉ よび第 2の誘電体ペーストを作製する。
第 5の手法では、 第 1および第 2の誘電体ペーストを交互に印刷してセラミ ックス複合体 Cの積層体としての誘電体プロックを得るため、 第 4の手法で行 つた熱圧着は不要となる。 よって、 熱可塑性であることはバインダ樹脂の選択 基準として必須の要件ではなく、 高強度であり、 かつ粘度調整おょぴ脱バイン ダ処理がしゃすいものを、 第 5の手法におけるパインダ樹脂として選択する。 バインダ樹脂としては、 ェチルセルロース系樹脂、 プチラール系樹脂等を用い ることができる。 第 5の手法でも、 バインダ樹脂の量は誘電体セラミックス粉 末に対して約 4〜 1 0 w t %とすればよレ、。
また、 分散媒としては、 第 3および第 4の手法と同様に、 タービネオール、 プチルカルビトール等の各種有機溶剤を用いることができる。 分散媒の種類や 量を適宜選択することで、 誘電体ペース トの粘度を調整することができる。 誘 電体ペース トの粘度が低すぎると、 印刷だれが起き、 続く印刷工程で所望の印 刷パターンを形成することが困難となる。 また、 粘度が高すぎると、 レベリン グ不良が起きやすい。 よって、 誘電体ペース トの粘度は、 得ようとするセラミ ックス複合体 Cの厚さや印刷パターン、 印刷工程で用レ、る印刷工法等も考慮し て、 適切な範囲に調整する。
く誘電体ブロック作製工程 >
誘電体ブロック作製工程は、 誘電体ペースト作製工程で得られた第 1の誘電 体ペーストを所定パターンに印刷する第 1の印刷工程と、 誘電体ペースト作製 工程で得られた第 2の誘電体ペーストを第 1の印刷工程における印刷パターン と反転パターンで印刷する第 2の印刷工程とを含む。
第 1 5図は、 誘電体ブロック作製工程を模式的に示す断面図である。
(第 1の印刷工程）
まず、 第 1 5図 （a ) に示すように、 1層目を構成することとなる第 1の誘 電体ペース トをフィルム （例えば P E Tフィルム） F上に所望の印刷パターン で印刷する。 ここで、 印刷パターンは、 最終的にどのような周期構造を有する フォトニック結晶 1 0 O Aを得たい力、 に応じて決定する。 印刷された第 1の 誘電体ペーストを加熱乾燥または自然乾燥することで、 厚さ方向に貫通した孔 hが規則的に形成された第 1のセラミックス糸且成物 1 1 Aが得られる。
(第 2の印刷工程）
続いて、 第 1 5図 （b ) に示すように、 第 1の印刷工程における印刷パター ンの反転パターンで、 第 2の誘電体ペーストを印刷する。 印刷後、 印刷された 第 2の誘電体ペーストは、 加熱乾燥または自然乾燥され、 第 2のセラミックス 組成物 1 2 Aとなる。 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aの厚さが、 第 1のセラ ミックス組成物 1 1 Aの厚さと等しくなるように、 第 2の印刷工程では、 第 1 のセラミックス組成物 1 1 Aの厚さおよび第 1のセラミックス組成物 1 1 Aの 孔 hのサイズに基づき、 第 2の誘電体ペーストの塗布量を制御する。
第 1の印刷工程および第 2の印刷工程を経ることで、 第 1 5図 （b ) に示し たようなセラミックス複合体 Cがフィルム F上に形成される。
続いて、 第 1 5図 （c ) に示すように、 セラミックス複合体 Cの上に、 2層 目を構成することとなる第 1の誘電体ペーストが印刷され、 乾燥される。 第 1 の誘電体ペーストを乾燥することで、 セラミックス複合体 Cの上に、 厚さ方向 に貫通した孔 hが規則的に形成された第 1のセラミックス組成物 1 1 Aが新た に配設される。 次に、 第 1 5図 （d ) に示すように、 第 1の印刷工程における 印刷パターンの反転パターンで、 第 2の誘電体ペーストを印刷する。 印刷後、 印刷された第 2の誘電体ペーストは、 加熱乾燥または自然乾燥され、 第 2のセ ラミックス糸且成物 1 2 Aとなる。
同様の手順で、 所望の厚さを有する積層体が得られるまで、 印刷おょぴ乾燥 を繰り返す。 これにより、 第 1 5図 （e ) に示すような、 誘電体ブロック 1 3 B、 つまり、 セラミックス複合体 Cの積層体が得られる。 積層体中のセラミツ クス複合体 Cにおいて、 第 1誘電体部 1 Aに対応する部位に第 1のセラミック ス組成物 1 1 Aが、 第 2誘電体部 2 Aに対応する部位に^ 2のセラミックス組 成物 1 2 Aがそれぞれ配設されている。 なお、 原則、 第 5の手法ではプレスす T JP2004/008693
- 42 - る必要はないが、 誘電体ブロック 1 3 Bに対して熱プレス等を行ってもよい。 熱プレスされた状態の誘電体プロック 1 3 Bを第 1 5図 （ f ) に示しておく。 また、 印刷は、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aの厚さに応じてスクリーン 印刷、 グラビア印刷、 凸版印刷、 オフセット印刷等の公知の印刷工法を適宜選 択することができる。
<切り出し工程、 脱バインダ処理、 焼成工程 > .
印刷工程後、基体としてのフィルム Fは誘電体ブロック 1 3 B力 ら剥離され、 続く切り出し工程に進む。 切り出し工程、 脱バインダ処理、 焼成工程は、 第 1 の手法で示したのと同様の条件で行えばよい。 なお、 第 1〜第 4の手法と同様 に、 脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶 1 0 O Aとして用いてもよい。
以上、 第 5の手法を詳述した。 工程数が少なく、 かつ複雑な工程も要しない ことから、 第 5の手法によれば、 フォトニック結晶 1 0 O Aを簡易かつ短時間 で作製することができる。 よって、 第 5の手法も、 量産性に優れる。
なお、 印刷工法で作製したセラミックス複合体 Cを、 印刷工法で積層する例 を示したが、 印刷工法で作製したセラミックス複合体 Cを第 4の手法で示した 積層工程のような要領で積層してもよい。
第 4の手法および第 5の手法によれば、 第 2誘電体部 2 Aを直径 2 mm以下 の円柱状に形成することができる。 これには、 第 1の誘電体セラミックスを含 む第 1の誘電体ペーストを直径 2 mm以下の複数の孔を含むパターンに印刷す るとともに、 この反転パターンで第 2の誘電体セラミックスを含む第 2の誘電 体ペーストを印刷して得られたセラミックス複合体を積層してフォトニック結 晶 1 0 O Aを作製すればよい。 円柱状の第 2誘電体部 2 Aは、 ブロック状の第 1誘電体部 1 Aの表裏面を貫通するように所定間隔毎に配置される。
なお、 フォトニック結晶 1◦ O Aに求められる特 1"生に応じて、 第 2誘電体部 2 Aの配置、 サイズ、 形状等を適宜、 設定することができる。 よって、 第 2誘 電体部 2 Aのサイズを直径 2 mmを超えるものとすることもできるし、 形状を 円柱状ではなく直方体状とすることも、 もちろん可能である。 なお、 第 4の手法または第 5の手法において、 第 2の誘電体ペーストを印刷 する工程において、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aに形成された複数の孔 h のうち、 一部の孔 hには第 2の誘電体セラミックス粉末を含む第 2の誘電体ぺ ーストを印刷し、 残りの孔 hには第 3の誘電体セラミックス粉末を含む第 3の 誘電体ペーストを印刷することもできる。 このように、 さらに第 3の誘電体を 使用してフォトニック結晶を作製することで、 新たな周期構造を備えたフォト 二ック結晶を得ることができる。
また、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aに形成された複数の孔 hのうち、 一 部の孔 hには第 2の誘電体セラミックス粉末を含む第 2の誘電体ペーストを印 刷し、 残りの孔 hには第 3の誘電体としての空気を存在させてもよい。
また、 第 4および第 5の手法では、 同一の印刷パターンで作製したシート状 のセラミックス複合体 Cが積層されることで、 2次元周期構造を備えたフォト ニック結晶 1 0 O Aを得る例を示したが、 印刷パターンを各シート毎に適宜変 更させることももちろん可能である。 例えば、 3次元周期構造のフォトニック 結晶を作製する場合には、 印刷パターンが異なるシートを複数積層するように すればよい。 この場合はシートの厚さをできるだけ薄くすることで、 3次元周 期構造のパターンを厚さ方向に滑らかに変化するものとすることができる。 本 発明のフォトニック結晶の製造方法によれば、 印刷パターンの形状を適宜選択 することで、 所望の周期構造を備えたフォトニック結晶 1 0 O Aを得ることが できるため、 周期構造の自由度も高い。
<第 6の手法〉
上述した第 4および第 5の手法では、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aの配 設と第 2のセラミックス組成物 1 2 Aの配設を異なる時期に行う例を示したが、 第 1のセラミックス糸且成物 1 1 Aの配設と第 2のセラミックス組成物 1 2 Aの 配設を実質的に同時期に行うようにしてもよい。 例えば、 第 1 6図に示すフロ 一チャートに基づき、 第 1の誘電体ペーストと第 2の誘電体ペーストとを同時 に印刷するという工程を繰り返すことで、 セラミックス複合体 Cの作製および 積層を行うこともできる。 なお、 第 1 6図に示した印刷工程以外は、 第 5の手 法と同様に行えばよい。
具体的には、 第 1 7図 （a ) に示すように、 1層目を構成することとなる第 1の誘電体ペース トおよぴ第 2の誘電体ペーストをフィルム （例えば P E Tフ イルム） F上に所望の印刷パターンで印刷、 すなわち実質的に同時期に配設す る。 印刷された第 1の誘電体ペース トおよび第 2の誘電体ペーストを乾燥させ た後、 第 1 7図 （b ) に示すように、 1層目のセラミックス複合体 Cの上に、 第 1の誘電体ペーストおよぴ第 2の誘電体ペーストを所望の印刷パターンで同 時に印刷する。 印刷された第 1の誘電体ペーストおよび第 2の誘電体ペースト を乾燥することで、 2層目のセラミックス複合体 Cが得られる。
同様の手順で、 所望の厚さを有する積層体が得られるまで、 n層目の誘電体 層の上に、 （n + 1 ) 層目を構成することとなる第 1の誘電体ペーストおよび 第 2の誘電体ペーストを印刷し、乾燥するという工程を繰り返す。これにより、 第 1 7図 （c ) に示すような、 誘電体ブロック 1 3 B、 つまり、 セラミックス 複合体 Cの積層体が得るようにしてもよい。 この形態は、 セラミックス複合体 Cの作製と積層とがほぼ同時に進行するということができる。
ここで、 所定領域に対して第 1および第 2の誘電体ペーストを印刷する場合 には、 印刷開始から印刷終了までには所定の時間が経過するから、 印刷開始時 と印刷終了時とでは厳密な意味では第 1のセラミックス組成物 1 1 Aおよび第 2のセラミックス組成物 1 2 Aの配設は同時にはならなレ、。 そこで、 このよう な形態を包含する概念として 「実質的に同時期」 という表現を用いている。 なお、 実質的に同時期に得られたセラミックス複合体 Cを、 第 4の手法と同 様の手順で積層するようにしてもよい。
<第 7の手法 >
例えば、 第 1 8図 （a ) に示すような、 孔 hが所定パターンで形成された第 1のセラミックス組成物 1 1 Aを得る。 次いで、 孔 hに第 2のセラミックス組 成物 1 2 Aを充填してセラミックス複合体 Cを得た後、 第 1 8図 （b ) に示す ように、 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aを印刷、 つまり配設する。 そして、 第 1 8図 （c ) に示すように、 第 2のセラミックス組成物 1 2 Aの周囲を覆う ように、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aを印刷、 つまり配設するようにして もよい。 もしくは、 第 1 8図 （a) に示した第 1のセラミックス糸且成物 1 1 A を得た後に、 第 1のセラミックス糸且成物 1 1 Aの厚さよりも第 2のセラミック ス組成物 12 Aの厚さが厚くなるように、 第 1のセラミックス組成物 1 1 Aの 孔 h内に第 2のセラミックス組成物 12 Aを充填し、 さらに第 18図 （c) に 示したように、 第 2のセラミックス糸且成物 1 2 Aの周囲を覆うように、 第 1の セラミックス組成物 1 1 Aを配設するようにしてもよい。
(実施例）
次に、 具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例 1〕
第 8図のフローチャートに基づき、 穿孔シートを積層後、 誘電体シートを充 填してフォトニック結晶 10 OAを作製した。
第 1の誘電体セラミックスとして、平均粒径が 0. 7 mの B a O-S i〇2 一 A l 203— B 203系粉末 （比誘電率： 6. 4) を準備した。 また、 第 2の誘 電体セラミックスとして、平均粒径が 1. 0 μΐηの B a O— Nd 203— T i 02 — B203— Zn02— CuO系粉末 （比誘電率： 75. 4) を準備した。
はじめに、 第 1の誘電体セラミックス、 分散剤、 樹脂および分散媒とをボー ルミルを用いて混合し、スラリーィ匕した。そして、 ドクターブレード法により、 スラリーをシートイ匕し、 82mmX 82mmX 1 20 のグリーンシートを 作製した。 なお、 第 1の誘電体セラミックス、 樹脂および分散媒の比率は、 V o 1 %で 23 ： 1 1 ： 66とした。 分散剤、 樹脂および分散媒の種類および分 散剤の添加量は以下の通りとした。
分散剤：ォレフインマレイン酸コポリマー （商品名 ：共栄 （株） 製 フロ 一レン G— 700)
分散剤の添加量：第 1の誘電体セラミックスに対して、 1. 5 w t % 樹月旨：アクリル樹月旨
分散媒： トルエン
また、 第 2の誘電体セラミックス、 分散剤および分散媒とを混合し、 粉末ス ラリーを作製した。この際、第 2の誘電体セラミックスおよび分散媒の比率は、 V o 1 %で 5 0 ： 5 0とした。 分散剤および分散媒の種類および分散剤の添加 量は以下の通りとした。 また、 混合はらいかい機を用いて、 2時間行った。 な お、 粉末スラリー作製の際に、 樹脂を添カ卩しなかったのは、 樹脂の添加により 粉末スラリ一の粘度が高くなりすぎるのを防止するためである。
分散剤：ォレフインマレイン酸コポリマー （商品名：共栄 （株） 製 フロ 一レン G— 7 0 0 )
分散剤の添加量：第 2の誘電体セラミックスに対して、 1 w t % 分散媒：タービネオール 5 0 V o 1 %、 プチルカルビトール 5 0 V o 1 % の混合溶液 ·
次いで、 第 7図に示したパターンが形成されたパンチを用いて、 グリーンシ ートにハ-カム構造の孔を形成した。 なお、 孔の直径は 1 mmとした。
ハニカム構造の孔が形成されたグリーンシートを 6 0枚積層して、 所定の空 隙パターンが形成された誘電体プロックを得た。 なお、 熱圧着はグリーンシー トを 1枚積層する毎に行った。 熱圧着の条件は以下の通りである。
圧力： 4 5 k g f / c m 2
加熱温度： 8 5 °C
保持時間： 1秒
こうして得られた誘電体ブロックを吸引板に載置し、 第 2の誘電体セラミツ クスを含む粉末スラリーを誘電体ブロックの上部に十分のせた。 そして、 吸引 板の下からポンプで吸引し、 誘電体プロックの空隙内に、 粉末スラリーを充填 した。 粉末スラリーが充填された誘電体ブロックを自然乾燥した後、 以下の条 件で脱バインダ処理を行い、 その後、 焼成して試料 1を得た。 得られた試料 1 の写真を第 1 9図に示す。 なお、 この試料 1のサイズは、 1 0 . 6 mm X 4 . 3 mm X 1 8 mmである。
第 1 9図に示すように、 誘電体ブロックの空隙内には第 2の誘電体セラミツ タスが密に充填されており、 ボイドゃクラックは観察されなかった。
く脱バインダ処理条件〉 雰囲気：空気
昇温速度： 6 0 °C/ h
保持温度： 5 0 0 °C
保持時間： 0
ぐ焼成条件 >
雰囲気：空気
昇温速度： 6 0 0 °CZh
保持温度： 9 1 0 °C
保持時間： 1 h
得られた試料を導波管内に静置し、 ネットワークアナライザ （Agilent Technologies社製 HP- 8510C) にて反射おょぴ透過特性を測定した。 その結果 を第 2 0図に示す。 なお、 透過特性を測定した試料における、 伝播方向の周期 数は 4 . 5周期である。
第 2 0図に示すように、 Kパンドに属する 2 1 . 0〜2 6 . 5 G H zにて、 3 0 d B以上の減衰が確認され、 バンドギャップが生成していることが明らか となった。
〔実施例 2〕
第 1 1図のフローチャートに基づきフォトニック結晶 1 0 O Aを作製した。 第 1の誘電体セラミックス粉末、 分散媒、 バインダ樹脂および分散剤とをボ ールミルを用いて混合し、 第 1の誘電体ペーストを作製した。 この際、 第 1の 誘電体セラミックス粉末および分散媒の比寄は、 4 5 : 5 5 (w t %) とした。 また、バインダ樹脂は第 1の誘電体セラミックス粉末に対して 5 w t %添加し、 分散剤は第 1の誘電体セラミックス粉末に対して 1 w t %添加した。 分散剤、 パインダ樹脂および分散媒の種類は以下の通りとした。 なお、 実施例 2で使用 した第 1および第 2の誘電体セラミックス粉末の種類は、 実施例 1で使用した ものと同じである。
分散剤：ォレフインマレイン酸コポリマー （商品名 ：共栄 （株） 製 フロ 一レン G— 7 0 0 ) 3
•48 - バインダ樹脂：ェチルセルロース
分散媒：タービネオール 5 0 V o 1 %、 プチルカルビトール 5 0 V o 1 % の混合溶液
次に、 第 2の誘電体セラミックス粉末、 分散媒、 バインダ樹脂および分散剤 とをボールミルを用いて混合し、 第 2の誘電体ペース トを作製した。 第 2の誘 電体セラミックス粉末および分散媒の比率は、 第 1の誘電体ペーストと同様に 4 5 : 5 5 (w t %) とした。 また、 バインダ樹脂は第 2の誘電体セラミック ス粉末に対して 5 w t %添カ卩し、 分散剤は第 2の誘電体セラミックス粉末に対 して l w t %添カ卩した。 分散剤、 バインダ樹脂および分散媒の種類も、 第 1の 誘電体ペース トと同様である。 なお、 第 1の誘電体ペース トおよび第 2の誘電 体ペーストの粘度は、 いずれも 1 5 P a · sである。
次いで、 スクリーン印刷工法により、 第 1の誘電体ペーストを P E Tフィル ム上に印刷した。 第 1の誘電体ペーストの印刷は、 第 7図に示したパターンで 行い、 貫通孔が所定パターンで配置された第 1のセラミックス組成物を得た。 なお、 貫通孔の直径が l mmとなるように、 印刷の制御を行った。
第 1のセラミックス組成物の貫通孔に、 スクリーン印刷工法により、 第 2の 誘電体ペーストを充填した。 第 1のセラミックス組成物の厚さおよび貫通孔の サイズを考慮して第 2の誘電体ペーストの充填量を制御することで、 最終的に 表面が平滑なセラミックス複合体を得た。
こうして得られたセラミックス複合体を 1 2 0枚積層し、 円柱状の第 2の誘 電体セラミッタスがハニカムパターンで配置された誘電体プロックを得た。 な お、 熱圧着はセラミックス複合体を 1枚積層する毎に行った。 熱圧着の条件は 実施例 1と同様である。
続いて、 誘電体ブロックに対して脱バインダ処理を行い、 その後、 焼成して 試料 2を得た。 試料 2のサイズは、 1 0 . 6 mm X 4 . 3 mm X 1 8 mmであ る。 なお、 脱バインダ処理および焼成条件は実験例 1と同様である。
試料 2についても試料 1と同様に、 第 2の誘電体から «成される円柱と、 こ の円柱を覆う第 1の誘電体との界面には、 ボイドゃクラックは観察されなかつ た。
試料 2を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Agilent Technologies 社製 HP-8510C) にて反射および透過特性を測定した。 その結果、 Kバンドに 属する 2 0〜2 4 G H zにて、 2 5 d B以上の減衰が確認され、 バンドギヤッ プが生成していることが明らかとなった。
〔実施例 3〕
第 1 4図のフローチャートに基づき、 フォトニック結晶 1 0 O Aを作製した。 実施例 2と同様の手順で第 1の誘電体ペーストと第 2の誘電体ペーストを作 製した。 但し、 第 1の誘電体ペーストにおいて、 第 1の誘電体セラミックス粉 末および分散媒の比率は 5 0 ： 5 0 (w t %) とした。 また、 第 2の誘電体べ ーストにおいても、 第 2の誘電体セラミックス粉末および分散媒の比率は 5 0 : 5 0 (w t %) とした。 第 1の誘電体ペース トおよぴ第 2の誘電体ペース トの粘度はいずれも 2 0 P a · sである。 なお、 第 1の誘電体ペース トおよび 第 2の誘電体ペースト中のバインダ樹脂および分散剤の添加量は、 実施例 2と 同様である。
次いで、 スクリーン印刷工法により、 第 1の誘電体ペーストを P E Tフィル ム上に印刷した。 第 1の誘電体ペーストの印刷は、 第 7図に示したパターンで 行い、 貫通孔が所定パターンで配置された第 1のセラミックス組成物を得た。 なお、 貫通孔の直径が 1 mmとなるように、 印刷の制御を行つた。
第 1のセラミックス組成物の貫通孔に、 スクリーン印刷工法により、 第 2の 誘電体ペーストを充填した。 第 1のセラミックス組成物の厚さおよび貫通孔の サイズを考慮して第 2の誘電体ペーストの充填量を制御することで、 最終的に 表面が平滑なセラミックス複合体を得た。
次いで、 セラミックス複合体の上に、 第 1の誘電体ペーストを印刷、 乾燥さ せて第 1のセラミックス組成物を得た後、 第 1の誘電体ペーストの印刷パター ンの反転パターンで第 2の誘電体ペース トを印刷した。 このように、 第 1の誘 電体ペーストの印刷、乾燥、第 2の誘電体ペーストの印刷'、乾燥という工程を、 6 0回繰り返して、 円柱状の第 2の誘電体セラミックスがハ-カムパターンで 配置された誘電体プロックを得た。
続いて、 誘電体ブロックに対して脱バインダ処理を行い、 その後、 焼成して 試料 3を得た。 なお、 試料 3のサイズは、 10. 6mmX4. 3 mm X 18 m mである。 また、 脱バインダ処 aの条件および焼成条件は実施例 1と同様であ る。
試料 3を導波管内に静置し、 実施例 1と同様の条件で反射および透過特性を 測定した。 その結果、 Kパンドに属する 20〜24GH zにて、 20 dB以上 の減衰が確認され、 バンドギャップが生成していることが明らかとなった。
〔実施例 4〕
第 5図のフローチャートに基づき、 フォトエック結晶 100を作製した。 誘電体セラミックス粉末として、 平均粒径が 1. 0 の B a O— Nd 203 一 T i 02— B203系粉末 （比誘電率： 95) を準備し、 実施例 1と同様の条件 で誘電体プロックを得た。 得られた誘電体プロックに対して実験例 1と同様の 条件で脱バインダ処理および焼成を行い、 試料 4を得た。 なお、 試料 4のサイ ズは、 10. 6mmX4. 3 mmX 18 mmである。
試料 4を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Agilent Technologies 社製 HP-8510C) にて反射および透過特性を測定した （Sパラメータを測定し た）。 その結果、 Kバンドに属する 22〜25 GH zにて、 30 dB以上の減衰 が T E波に対して確認された。
〔実施例 5〕
第 9図のフローチャートに基づき、 フォトニック結晶 100を作製した。 誘電体セラミックス粉末として、 平均粒径が 1. 0 imの B a O— Nd 203 一 T i 02— B203系粉末 （比誘電率： 95) を準備した。
はじめに、 誘電体セラミックス粉末、 バインダ樹脂、 分散媒および分散剤と をらいかい機を用いて混合し、 誘電体ペース トを作製した。 この際、 バインダ 樹脂は誘電体セラミックス粉末に対して 3 w t %、 分散媒は誘電体セラミック ス粉末に対して 30 w t %、 分散剤は誘電体セラミッ ス粉末に対して 1 w t %添加し、 粘度が 20000 c pの誘電体ペーストを得た。 分散剤、 バイン ダ樹脂および分散媒の種類は以下の通りとした。
そして、 スクリーン印刷工法により、 誘電体ペース トを基体となる P E Tフ イルムに印刷し、 乾燥させて 1層目を構成するセラミックス組成体を得た。 得 られたセラミックス組成体の上に、 誘電体ペース トを重ねて印刷し、 乾燥する という工程を繰り返し、 誘電体ブロックを得た。 なお、 印刷パターンは、 第 7 図に示したハエカム構造のものとし、 孔の直径は 1 mmとした。
分散剤：ォレフインマレイン酸コポリマー （商品名 ：共栄 （株） 製 フロ 一レン G— 7 0 0 )
バインダ樹脂：ェチルセルロース
分散媒：プチルカルビトールおよびタービネオールの混合溶液 （ 5 0 V o
1 %： 5 0 V o 1 %)
ハエカム構造の孔が形成された厚さ 1 0 0 μ πιのセラミックス組成体をスク リーン印刷で 5 0回積層、 つまり重ね印刷して、 所定の空隙パターンが形成さ れた誘電体ブロックを得た。
誘電体プロックに対して実施例 1と同様の条件で脱バインダ処理を行い、 そ の後、 実験例 1と同様の条件で焼成して試料 5を得た。 なお、 試料 5のサイズ は、 1 0 . 6 mm X 4 . 3 mm X 1 8 . 0 mmである。
試料 5を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Agilent Technologies 社製 HP- 8510C) にて反射および透過特性を測定した （Sパラメータを測定し た）。 その結果、 Kバンドに属する 2 2〜2 5 G H zにて、 2 5 d B以上の減衰 が T E波に対して確認された。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 量産性に優れたフォトニック結晶の製造方法を提供するこ とができる。 また、 本発明によれば、 小型、 高強度かつ高特性のフォトニック 結晶を、 簡便に製造することができる。 さらに本発明によれば、 微細なパター ンを備えたフォトニック結晶を得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 第 1の誘電体と当該第 1の誘電体と異なる比誘電率を有する第 2の誘電体 とが周期的に配置されたフォトニック結晶の製造方法であって、
前記第 1の誘電体と前記第 2の誘電体とが同一面内に周期的に配置された第 1の複合誘電体を作製し、
前記第 1の複合誘電体に、 前記第 1の誘電体と前記第 2の誘電体とが同一面 内に周期的に配置された第 2の複合誘電体を積層することを特徴とするフォト ニック結晶の製造方法。
2 . 前記第 1の誘電体が誘電体セラミックスであり、 前記第 2の誘電体が空気 であることを特徴とする請求項 1に記載のフォトニック結晶の製造方法。
3 . 厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成された前記第 1の複合誘電体 および前記第 2の複合誘電体を積層して、 所定パターンの空隙が周期的に配置 された誘電体ブロックを得ることを特徴とする請求項 2に記載のフオトニック 結晶の製造方法。
4 .前記誘電体プロックは、前記所定パターンの空隙が表裏面を貫通しており、 その空隙内に前記第 2の誘電体としての空気が配置されることを特徴とする請 求項 3に記載のフォトニック結晶の製造方法。
5 . 前記第 1の複合誘電体および前記第 2の複合誘電体は、 シート状部材を穿 孔して得られることを特徴とする請求項 1に記載のフォトニック結晶の製造方 法。
6 . 前記第 1の複合誘電体おょぴ前記第 2の複合誘電体は、 印刷工法で得られ ることを特徴とする請求項 1に記載のフォトニック結晶の製造方法。
7 . 前記第 1の複合誘電体および前記第 2の複合誘電体の積層は、 前記印刷工 法を用いて行われることを特徴とする請求項 6に記載のフオトニック結晶の製 造方法。
8 . 前記第 1の誘電体および前記第 2の誘電体はいずれも誘電体セラミックス であることを特徴とする請求項 1に記載のフォトニック結晶の製造方法。
9 . 厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成されたシート状の前記第 1の 複合誘電体および前記第 2の複合誘電体を積層して、 所定パターンの空隙が周 期的に配置された誘電体ブロックを得る工程と、
前記空隙内に前記第 2の誘電体を配置する工程をさらに備えることを特徴と する請求項 8に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 0 . 前記第 2の誘電体を含む粉末スラリーを前記誘電体ブロックの空隙内に 充填することを特徴とする請求項 9に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 1 . 前記粉末スラリーの充填は吸引または加圧により行われることを特徴と する請求項 1 0に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 2 . 前記誘電体ブロックは、 前記所定パターンの空隙が表裏面を貫通してい ることを特徴とする請求項 9に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 3 . 前記誘電体ブロックの前記空隙内に、 前記第 2の誘電体を含む粉末スラ リーを充填した後、 前記第 1の誘電体と前記第 2の誘電体を同時焼成すること を特徴とする請求項 1 0に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 4 . 前記第 1の複合誘電体およぴ前記第 2の複合誘電体の厚さは 1〜 8 0 0 μ πιであることを特徴とする請求項 9に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 5 . 前記第 1の複合誘電体および前記第 2の複合誘電体はセラミックス複合 体であり、 当該セラミックス複合体は、
前記第 1の誘電体に対応する部位に前記第 1の誘電体を構成する第 1のセラ ミックス組成物を配設し、 '
前記第 2の誘電体に対応する部位に前記第 2の誘電体を構成する第 2のセラ ミックス組成物を配設することにより作製されることを特徴とする請求項 8に 記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 6 . 前記第 1のセラミックス組成物を配設した後に、 前記第 2のセラミック ス組成物を配設することにより得られた複数の前記セラミックス複合体を積層 することを特徴とする請求項 1 5に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 7 . 前記第 1のセラミックス組成物を配設した後に、 前記第 2のセラミック ス組成物を配設することにより前記セラミックス複合体を作製し、
当該セラミックス複合体上に、 前記第 1のセラミックス組成物および前記第
2のセラミックス組成物のいずれか一方を配設した後に前記第 1のセラミック ス組成物および前記第 2のセラミックス組成物の他方を配設することを繰り返 すことにより前記セラミックス複合体が積層されることを特徴とする請求項 1
5に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 8 . 前記セラミックス複合体の積層体を焼成する工程をさらに備えることを 特徴とする請求項 1 6または 1 7に記載のフォトニック結晶の製造方法。
1 9 . 前記フォトニック結晶は、 2次元周期構造を有することを特徴とする請 求項 1に記載のフォトユック結晶の製造方法。
2 0 . ブロック状の第 1の誘電体と、 当該第 1の誘電体と異なる比誘電率を有 する円柱状の第 2の誘電体とが所定の周期で配置されるフォトニック結晶であ つて、
前記第 1の誘電体および前記第 2の誘電体はいずれも誘電体セラミックスか ら構成され、
前記第 2の誘電体は直径 2 mm以下の複数の円柱状部材から構成されており、 前記第 2の誘電体は前記第 1の誘電体の表裏面を貫通するように所定間隔毎に 配置されていることを特徴とするフォトニック結晶。
2 1 . 第 1の誘電体と、
前記第 1の誘電体と異なる比誘電率を有する第 2の誘電体とを備え、 前記第 1の誘電体と前記第 2の誘電体とが所定の周期で配置されるフォトニ ック結晶であって、
直径 2 mm以下の空隙が所定パターンに形成された誘電体セラミックスから なる誘電体プロックが前記第 1の誘電体を構成し、 .
前記空隙内に存在する空気が前記第 2の誘電体を構成することを特徴とする フォトニック結晶。
2 2 . 前記フォトニック結晶は 2次元周期構造を有することを特徴とする請求 項 2 0または 2 1に記載のフォトニック結晶。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014723A (ja) * 2009-07-02 2011-01-20 Yupo Corp 電磁波遮蔽体

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7777403B2 (en) * 2004-01-28 2010-08-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Photonic-crystal filament and methods
JP5036284B2 (ja) * 2006-11-22 2012-09-26 日本碍子株式会社 セラミックス構造体の製造方法
JP5312159B2 (ja) * 2009-04-08 2013-10-09 キヤノン株式会社 ３次元フォトニック結晶の製造方法および光機能素子、発光素子
WO2013049649A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Low voltage phase modulator and tunable filters
KR101466833B1 (ko) * 2013-07-08 2014-11-28 코닝정밀소재 주식회사 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06151999A (ja) * 1992-11-09 1994-05-31 Fuji Elelctrochem Co Ltd 積層型圧電／電歪アクチュエータ素子の製造方法
JP2001083347A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Toshiba Corp 三次元構造体およびその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6134043A (en) * 1998-08-11 2000-10-17 Massachusetts Institute Of Technology Composite photonic crystals
EP1315987A4 (en) * 2000-08-15 2005-06-29 Corning Inc ACTIVE PHOTONIC CRYSTAL SHAFT CONSTRUCTION ELEMENT
US6555406B1 (en) * 2001-02-23 2003-04-29 Iowa State University Research Foundation Fabrication of photonic band gap materials using microtransfer molded templates
JP4702870B2 (ja) * 2001-07-27 2011-06-15 独立行政法人理化学研究所 ３次元フォトニック結晶およびその製造方法ならびにプローブ
US6727863B2 (en) * 2001-10-26 2004-04-27 The Hong Kong University Of Science And Technology Planar band gap materials

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06151999A (ja) * 1992-11-09 1994-05-31 Fuji Elelctrochem Co Ltd 積層型圧電／電歪アクチュエータ素子の製造方法
JP2001083347A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Toshiba Corp 三次元構造体およびその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1635195A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014723A (ja) * 2009-07-02 2011-01-20 Yupo Corp 電磁波遮蔽体

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