JP2003344629A - ３次元周期構造体およびその製造方法 - Google Patents
３次元周期構造体およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電率や屈折率のコントラストの高い、誘電
率の異なる２つの物質を３次元空間内で周期性をもって
分布させた３次元周期構造体を構成する。 【解決手段】 感光性エポキシ樹脂などの光硬化性樹脂
の液面に対して、形成すべき断面パターンの光照射を層
毎に繰り返す光造形法によって、ダイヤモンド構造の空
気孔を有するユニットセル素体１００′を造形する。次
に、このユニットセル素体１００′の表面にＣｕなどの
導電体膜を無電解メッキ方法によって形成する。これに
より、誘電率の異なる２つの物質である樹脂と空気が３
次元空間内で周期性をもって分布した３次元周期構造体
で、且つその２つの物質の界面に導電体膜を有する３次
元周期構造体を得る。
率の異なる２つの物質を３次元空間内で周期性をもって
分布させた３次元周期構造体を構成する。 【解決手段】 感光性エポキシ樹脂などの光硬化性樹脂
の液面に対して、形成すべき断面パターンの光照射を層
毎に繰り返す光造形法によって、ダイヤモンド構造の空
気孔を有するユニットセル素体１００′を造形する。次
に、このユニットセル素体１００′の表面にＣｕなどの
導電体膜を無電解メッキ方法によって形成する。これに
より、誘電率の異なる２つの物質である樹脂と空気が３
次元空間内で周期性をもって分布した３次元周期構造体
で、且つその２つの物質の界面に導電体膜を有する３次
元周期構造体を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、３次元周期構造
体およびその製造方法に関するものである。
体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体結晶中において、原子核により構成
される周期的なポテンシャル分布は、格子定数に見合う
波長の電子波に対して干渉作用を示す。すなわち、電子
波の波長が結晶のポテンシャル周期に非常に近い場合に
は、３次元的な回折作用（ブラッグ回折）により反射が
起こる。この現象により特定のエネルギ領域に含まれる
電子はその通過を禁止される。これが半導体デバイスな
どに利用される電子バンドギャップの形成である。
される周期的なポテンシャル分布は、格子定数に見合う
波長の電子波に対して干渉作用を示す。すなわち、電子
波の波長が結晶のポテンシャル周期に非常に近い場合に
は、３次元的な回折作用（ブラッグ回折）により反射が
起こる。この現象により特定のエネルギ領域に含まれる
電子はその通過を禁止される。これが半導体デバイスな
どに利用される電子バンドギャップの形成である。
【０００３】同様に、屈折率もしくは誘電率が周期的に
変化する３次元構造は、電磁波に対する干渉作用を示
し、特定周波数領域の電磁波を遮断する。この場合、禁
止帯はフォトニックバンドギャップと呼ばれ、上記３次
元構造体はフォトニック結晶と呼ばれる。
変化する３次元構造は、電磁波に対する干渉作用を示
し、特定周波数領域の電磁波を遮断する。この場合、禁
止帯はフォトニックバンドギャップと呼ばれ、上記３次
元構造体はフォトニック結晶と呼ばれる。
【０００４】フォトニック結晶のこのような作用を利用
して、例えば所定周波数帯域の電磁波の透過を遮断する
カットオフフィルタとして用いたり、上記周期的な構造
中に周期を乱す不均一部分を導入して、その部分に光や
電磁波が閉じ込める導波路や共振器として用いたりする
ことが考えられている。また、光の超低閾値レーザーや
電磁波の高指向性アンテナ等への応用も考えられてい
る。
して、例えば所定周波数帯域の電磁波の透過を遮断する
カットオフフィルタとして用いたり、上記周期的な構造
中に周期を乱す不均一部分を導入して、その部分に光や
電磁波が閉じ込める導波路や共振器として用いたりする
ことが考えられている。また、光の超低閾値レーザーや
電磁波の高指向性アンテナ等への応用も考えられてい
る。
【０００５】一般にフォトニック結晶中において、電磁
波のブラッグ回折が起こるときには、二種類の定在波が
形成される。図５はその二種類の定在波を示している。
定在波Ａは、波の振動が低誘電率領域で高いエネルギを
有し、定在波Ｂは、波の振動が高誘電率領域で高いエネ
ルギを有する。この二つの異なるモードにスプリットし
た定在波間のエネルギを有する波は結晶中に存在できな
いので、バンドギャップが生じる。バンドギャップを広
げたいのであれば、二つの定在波のエネルギ差を広げて
やればよい。そのためには、二つの媒質で誘電率のコン
トラストを強くするか、高誘電率媒質の体積比を大きく
することが効果的である。
波のブラッグ回折が起こるときには、二種類の定在波が
形成される。図５はその二種類の定在波を示している。
定在波Ａは、波の振動が低誘電率領域で高いエネルギを
有し、定在波Ｂは、波の振動が高誘電率領域で高いエネ
ルギを有する。この二つの異なるモードにスプリットし
た定在波間のエネルギを有する波は結晶中に存在できな
いので、バンドギャップが生じる。バンドギャップを広
げたいのであれば、二つの定在波のエネルギ差を広げて
やればよい。そのためには、二つの媒質で誘電率のコン
トラストを強くするか、高誘電率媒質の体積比を大きく
することが効果的である。
【０００６】このフォトニック結晶には１次元、２次
元、３次元の構造体があるが、完全なフォトニックバン
ドギャプを得るためには３次元構造が必要である。
元、３次元の構造体があるが、完全なフォトニックバン
ドギャプを得るためには３次元構造が必要である。
【０００７】３次元構造を作るためには、例えば角材積
層型（特表２００１−５１８７０７、特開２００１−７
４９５５）や自己クローニングによる形状保存多層膜を
用いた方法（特開２００１−７４９５４）、光造形を用
いる方法（特開２０００−３４１０３１、特表２００１
−５０２２５６），粒子を並べる方法（特開２００１−
４２１４４）等がある。これらの公報には、有機材料、
セラミック、Ｓｉ等の絶縁体、誘電体、半導体材料を加
工しフォトニック結晶を作る技術が開示されている。
層型（特表２００１−５１８７０７、特開２００１−７
４９５５）や自己クローニングによる形状保存多層膜を
用いた方法（特開２００１−７４９５４）、光造形を用
いる方法（特開２０００−３４１０３１、特表２００１
−５０２２５６），粒子を並べる方法（特開２００１−
４２１４４）等がある。これらの公報には、有機材料、
セラミック、Ｓｉ等の絶縁体、誘電体、半導体材料を加
工しフォトニック結晶を作る技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の実用的な材料は、例えば１０〜３０［ＧＨｚ］帯域で
の比誘電率は１５、屈折率は３．０が限界であり、これ
以上の誘電率や屈折率のコントラストをつけることは困
難であった。
の実用的な材料は、例えば１０〜３０［ＧＨｚ］帯域で
の比誘電率は１５、屈折率は３．０が限界であり、これ
以上の誘電率や屈折率のコントラストをつけることは困
難であった。
【０００９】そこで、この発明の目的は、誘電率の異な
る２つの物質を３次元空間内で周期性をもって分布さ
せ、且つ誘電率や屈折率のコントラストを高めた３次元
周期構造体およびその製造方法を提供することにある。
る２つの物質を３次元空間内で周期性をもって分布さ
せ、且つ誘電率や屈折率のコントラストを高めた３次元
周期構造体およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、誘電率の異
なる２つの物質が３次元空間内で周期性をもって分布し
た３次元周期構造体であって、その２つの物質の界面
に、表面抵抗が０．３Ω／□以上の導電体膜が形成され
ていることを特徴とする。
なる２つの物質が３次元空間内で周期性をもって分布し
た３次元周期構造体であって、その２つの物質の界面
に、表面抵抗が０．３Ω／□以上の導電体膜が形成され
ていることを特徴とする。
【００１１】この表面抵抗が０．３Ω以上の導電体膜を
形成するという条件を満たすことによって、誘電率の異
なる２つの物質を３次元空間内で周期性をもって分布さ
せるとともに、金属膜の広がる方向への電流の導通を阻
止して、金属体を実質的に絶縁膜被覆しているものと等
価な作用効果を得る。
形成するという条件を満たすことによって、誘電率の異
なる２つの物質を３次元空間内で周期性をもって分布さ
せるとともに、金属膜の広がる方向への電流の導通を阻
止して、金属体を実質的に絶縁膜被覆しているものと等
価な作用効果を得る。
【００１２】また、この発明は、前記２つの物質の界面
に、各々独立した導電性粒子または複数の導電性粒子同
士によるクラスタがまばらに広がる導電体膜が形成され
ていることを特徴とする。
に、各々独立した導電性粒子または複数の導電性粒子同
士によるクラスタがまばらに広がる導電体膜が形成され
ていることを特徴とする。
【００１３】この構造によって、誘電率の異なる２つの
物質を３次元空間内で周期性をもって分布させるととも
に、金属膜の広がる方向への電流の導通を阻止して、金
属体を実質的に絶縁膜被覆しているものと等価な効果を
得る。
物質を３次元空間内で周期性をもって分布させるととも
に、金属膜の広がる方向への電流の導通を阻止して、金
属体を実質的に絶縁膜被覆しているものと等価な効果を
得る。
【００１４】前記導電体膜としては、導電率１０3 Ｓ／
ｃｍ以上の導電性材料から構成する。
ｃｍ以上の導電性材料から構成する。
【００１５】また、前記導電体膜は、誘電率の異なる２
つの物質のうち一方の表面に無電解メッキ法により形成
する。
つの物質のうち一方の表面に無電解メッキ法により形成
する。
【００１６】また、この発明の３次元周期構造体の製造
方法は、前記構造の３次元周期構造体の２つの物質のう
ちの一方の物質を、形成すべき断面パターンの光照射を
光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法で造形す
ることを特徴とする。
方法は、前記構造の３次元周期構造体の２つの物質のう
ちの一方の物質を、形成すべき断面パターンの光照射を
光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法で造形す
ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】この発明の３次元周期構造体およ
びその製造方法を各図を参照して順次説明する。図１は
フォトニック結晶としての３次元構造体の斜視図であ
る。（Ａ）において１は既に硬化したエポキシ系樹脂、
ｈはこの樹脂１によるブロック内に形成した複数の孔で
ある。１００′は、孔ｈを形成した樹脂１によるユニッ
トセル素体を示している。図１の（Ｂ）は、（Ａ）に示
した状態から樹脂１の表面に導電体膜２を形成した状態
を示している。このように誘電率の異なる２つの物質で
ある空気と樹脂１との界面に導電体膜２を形成すること
によってユニットセル１００を構成している。
びその製造方法を各図を参照して順次説明する。図１は
フォトニック結晶としての３次元構造体の斜視図であ
る。（Ａ）において１は既に硬化したエポキシ系樹脂、
ｈはこの樹脂１によるブロック内に形成した複数の孔で
ある。１００′は、孔ｈを形成した樹脂１によるユニッ
トセル素体を示している。図１の（Ｂ）は、（Ａ）に示
した状態から樹脂１の表面に導電体膜２を形成した状態
を示している。このように誘電率の異なる２つの物質で
ある空気と樹脂１との界面に導電体膜２を形成すること
によってユニットセル１００を構成している。
【００１８】孔ｈは、後述するように３次元空間内で周
期性をもって分布している。この構造により、誘電率の
異なる２つの物質である樹脂１と空気とが３次元空間内
で周期性をもって分布した３次元周期構造体を成してい
る。
期性をもって分布している。この構造により、誘電率の
異なる２つの物質である樹脂１と空気とが３次元空間内
で周期性をもって分布した３次元周期構造体を成してい
る。
【００１９】フォトニック結晶が十分な電磁波の反射機
能を発揮するためには、あらゆる結晶方向に対して幅の
広いバンドギャップを形成する必要がある。理想的な結
晶構造は３次元ダイヤモンド構造である。ダイヤモンド
構造は、単位格子に８個の格子点を含み、そのうち４個
ずつがそれぞれ独立の面心立方格子を作り、一方の格子
が他方を立体対角線に沿ってその長さの１／４だけ平行
に移動した位置を占めるものである。
能を発揮するためには、あらゆる結晶方向に対して幅の
広いバンドギャップを形成する必要がある。理想的な結
晶構造は３次元ダイヤモンド構造である。ダイヤモンド
構造は、単位格子に８個の格子点を含み、そのうち４個
ずつがそれぞれ独立の面心立方格子を作り、一方の格子
が他方を立体対角線に沿ってその長さの１／４だけ平行
に移動した位置を占めるものである。
【００２０】ダイヤモンド構造のフォトニック結晶は、
球状の誘電体をダイヤモンド構造の格子点に配置した結
晶や、誘電体柱の組み合わせでダイヤモンド構造の原子
結合を模した結晶である。図２は後者の単位構造を斜視
図として示している。但しここでは、図示を容易にする
ため、空気孔のみの形状を示している。
球状の誘電体をダイヤモンド構造の格子点に配置した結
晶や、誘電体柱の組み合わせでダイヤモンド構造の原子
結合を模した結晶である。図２は後者の単位構造を斜視
図として示している。但しここでは、図示を容易にする
ため、空気孔のみの形状を示している。
【００２１】図１に示したユニットセル素体１００′
は、樹脂１中に図２に示したようなダイヤモンド型格子
構造の空気孔を周期性をもって分布させたものである。
このような構造を反転ダイヤモンド構造と称することが
できる。ここで格子の円柱部分の直径と長さの比率を
２：３（アスペクト比１．５）、格子定数を１０ｍｍと
している。
は、樹脂１中に図２に示したようなダイヤモンド型格子
構造の空気孔を周期性をもって分布させたものである。
このような構造を反転ダイヤモンド構造と称することが
できる。ここで格子の円柱部分の直径と長さの比率を
２：３（アスペクト比１．５）、格子定数を１０ｍｍと
している。
【００２２】図３は、図１の（Ａ）に示したユニットセ
ル素体１００′を製造する装置を示している。ここで、
１５は紫外線で硬化するエポキシ系の光硬化性樹脂１８
を満たす容器である。１６は容器１５の内部で上下方向
に移動するエレベータテーブル、１９はエレベータテー
ブル１６の上部に造形したオブジェクトである。１７は
オブジェクト１９の上面に光硬化性樹脂１８を所定膜厚
だけ塗布するためのスキージである。
ル素体１００′を製造する装置を示している。ここで、
１５は紫外線で硬化するエポキシ系の光硬化性樹脂１８
を満たす容器である。１６は容器１５の内部で上下方向
に移動するエレベータテーブル、１９はエレベータテー
ブル１６の上部に造形したオブジェクトである。１７は
オブジェクト１９の上面に光硬化性樹脂１８を所定膜厚
だけ塗布するためのスキージである。
【００２３】また、１０はレーザーダイオード、１１は
レーザーダイオード１０からのレーザー光を波長変換し
て紫外光を発生させる調波発生素子（ＬＢＯ）、１２は
波長選択素子としての音響光学素子（ＡＯＭ）、１３は
走査ミラー、１４はｆθレンズである。これらによって
光学系を構成している。
レーザーダイオード１０からのレーザー光を波長変換し
て紫外光を発生させる調波発生素子（ＬＢＯ）、１２は
波長選択素子としての音響光学素子（ＡＯＭ）、１３は
走査ミラー、１４はｆθレンズである。これらによって
光学系を構成している。
【００２４】このような光造形装置を用いたフォトニッ
ク結晶の製造手順は次のとおりである。まず、エレベー
タテーブル１６を光硬化性樹脂１８の液面から所定深さ
まで降下させ、スキージ１７を液面に沿った方向に移動
させることによって、エレベータテーブル１６の表面に
厚さ約１００μm の光硬化性樹脂膜を形成する。その状
態で上記光学系によって波長３５５ｎｍの紫外線レーザ
ーをスポット径５０μｍのビームとして出力１１０ｍＷ
でその液面に照射する。このとき走査ミラー１３を制御
しつつレーザーダイオード１０を変調することによっ
て、光硬化性樹脂１８を硬化させるべき位置にレーザー
光を照射し、その他の領域に照射しないように制御す
る。
ク結晶の製造手順は次のとおりである。まず、エレベー
タテーブル１６を光硬化性樹脂１８の液面から所定深さ
まで降下させ、スキージ１７を液面に沿った方向に移動
させることによって、エレベータテーブル１６の表面に
厚さ約１００μm の光硬化性樹脂膜を形成する。その状
態で上記光学系によって波長３５５ｎｍの紫外線レーザ
ーをスポット径５０μｍのビームとして出力１１０ｍＷ
でその液面に照射する。このとき走査ミラー１３を制御
しつつレーザーダイオード１０を変調することによっ
て、光硬化性樹脂１８を硬化させるべき位置にレーザー
光を照射し、その他の領域に照射しないように制御す
る。
【００２５】上記レーザービームの照射された光硬化性
樹脂１８の液面は、その重合反応により直径１２０μｍ
の球状硬化相が形成される。この時、レーザービームを
速度９０ｍ／ｓで走査すると、厚さ１５０μｍの硬化相
が形成される。このようにレーザービームをラスタース
キャンすることによって一層目の断面パターンに相当す
るオブジェクト１９を形成する。
樹脂１８の液面は、その重合反応により直径１２０μｍ
の球状硬化相が形成される。この時、レーザービームを
速度９０ｍ／ｓで走査すると、厚さ１５０μｍの硬化相
が形成される。このようにレーザービームをラスタース
キャンすることによって一層目の断面パターンに相当す
るオブジェクト１９を形成する。
【００２６】次に、エレベーターテーブル１６を約２０
０μｍ降下させ、スキージ１７の移動によって、オブジ
ェクト１９の表面に厚さ約２００μｍの光硬化性樹脂膜
を形成する。
０μｍ降下させ、スキージ１７の移動によって、オブジ
ェクト１９の表面に厚さ約２００μｍの光硬化性樹脂膜
を形成する。
【００２７】その後、一層目と同様にしてレーザービー
ムの走査および変調を行うことによって二層目の断面パ
ターンを一層目の上に形成する。この時、上下の層は重
合硬化により接合される。三層目以降は二層目と同様で
ある。この処理を繰り返すことによってオブジェクト１
９を造形する。
ムの走査および変調を行うことによって二層目の断面パ
ターンを一層目の上に形成する。この時、上下の層は重
合硬化により接合される。三層目以降は二層目と同様で
ある。この処理を繰り返すことによってオブジェクト１
９を造形する。
【００２８】図４は、多数の層を形成した各段階でのオ
ブジェクトの形状を透視斜視図として示している。但し
ここでは、図示を容易にするため、レーザービームが照
射されずに硬化しなかった部分すなわち孔部分のパター
ンを示している。（Ａ）は、図２に示したダイヤモンド
構造の結晶軸〈１１１〉方向に略１ユニット分だけ造形
した状態を示している。また（Ｂ）は、これを約４ユニ
ット分造形した状態を示している。（Ｃ）は、更にこれ
を所定ユニット分繰り返して造形した状態を示してい
る。
ブジェクトの形状を透視斜視図として示している。但し
ここでは、図示を容易にするため、レーザービームが照
射されずに硬化しなかった部分すなわち孔部分のパター
ンを示している。（Ａ）は、図２に示したダイヤモンド
構造の結晶軸〈１１１〉方向に略１ユニット分だけ造形
した状態を示している。また（Ｂ）は、これを約４ユニ
ット分造形した状態を示している。（Ｃ）は、更にこれ
を所定ユニット分繰り返して造形した状態を示してい
る。
【００２９】図３に示した装置で、光硬化性樹脂１８の
液面に対して所定の断面パターンで光硬化性樹脂１８を
硬化させるために、ＣＡＤ／ＣＡＭプロセスを用いる。
すなわち、図４に示したようなパターンは、３次元デー
タを扱うＣＡＤで予め設計し、その３次元構造のデータ
を一旦ＳＴＬ（Stereolithography ）データに変換し、
これをスライスソフトウェアによって、所定位置におけ
る２次元断面データの集合へ変換する。最後に、この２
次元断面データからレーザービームをラスタースキャン
させる際にレーザーダイオードを変調するためのデータ
を作成する。このようにして用意したデータを基に、レ
ーザービームの走査とともにレーザーダイオードの変調
を行う。
液面に対して所定の断面パターンで光硬化性樹脂１８を
硬化させるために、ＣＡＤ／ＣＡＭプロセスを用いる。
すなわち、図４に示したようなパターンは、３次元デー
タを扱うＣＡＤで予め設計し、その３次元構造のデータ
を一旦ＳＴＬ（Stereolithography ）データに変換し、
これをスライスソフトウェアによって、所定位置におけ
る２次元断面データの集合へ変換する。最後に、この２
次元断面データからレーザービームをラスタースキャン
させる際にレーザーダイオードを変調するためのデータ
を作成する。このようにして用意したデータを基に、レ
ーザービームの走査とともにレーザーダイオードの変調
を行う。
【００３０】以上の手順で造形した光硬化性樹脂による
ターゲット１９を容器１５から取り出し、未硬化の光硬
化性樹脂を洗浄し、乾燥させ、さらに所定サイズに切断
することによって、図１の（Ａ）に示したユニットセル
素体１００′を構成する。なお、このユニットセル素体
１００′の孔ｈは３次元空間内で周期性をもって分布す
るので、図３に示した装置でダイヤモンド構造のセルを
結晶の各軸方向に繰り返し形成しておき、所定方向に所
定寸法だけ切り出すことによってユニットセル素体１０
０′を得るようにしても良い。
ターゲット１９を容器１５から取り出し、未硬化の光硬
化性樹脂を洗浄し、乾燥させ、さらに所定サイズに切断
することによって、図１の（Ａ）に示したユニットセル
素体１００′を構成する。なお、このユニットセル素体
１００′の孔ｈは３次元空間内で周期性をもって分布す
るので、図３に示した装置でダイヤモンド構造のセルを
結晶の各軸方向に繰り返し形成しておき、所定方向に所
定寸法だけ切り出すことによってユニットセル素体１０
０′を得るようにしても良い。
【００３１】さて、以上のようにして形成したユニット
セル素体１００′に対して、次に図１の（Ｂ）に示した
ように導電体膜２を成する。この導電体膜の形成方法
と、導電体膜を形成したことによる特性上の変化につい
て以降に述べる。
セル素体１００′に対して、次に図１の（Ｂ）に示した
ように導電体膜２を成する。この導電体膜の形成方法
と、導電体膜を形成したことによる特性上の変化につい
て以降に述べる。
【００３２】導電体膜２は、ユニットセル素体１００′
に対して無電解メッキ法によってＣｕやＮｉ等を被膜形
成することにより設ける。図９は、ユニットセル素体１
００′に対してＣｕの無電解メッキを行ったときのメッ
キ時間と導電体膜（Ｃｕ膜）の表面抵抗との関係を示し
ている。
に対して無電解メッキ法によってＣｕやＮｉ等を被膜形
成することにより設ける。図９は、ユニットセル素体１
００′に対してＣｕの無電解メッキを行ったときのメッ
キ時間と導電体膜（Ｃｕ膜）の表面抵抗との関係を示し
ている。
【００３３】図６は、ユニットセル１００の特性を測定
する測定装置を示している。ここで３０はＭバンド導波
管、３１，３２は導波管３０内に挿入したプローブであ
る。この導波管３０の内部に試料としてのユニットセル
１００を挿入する。プローブ３１，３２にはネットワー
クアナライザ３３を接続している。そして、このネット
ワークアナライザ３３を用いて電磁波の透過特性を測定
する。図６においてユニットセル１００は、それに設け
ている孔ｈによるダイヤモンド構造の結晶軸〈１００
０〉が導波管３０の電磁波伝搬方向を向くように配置し
ている。導波管３０の内側寸法は、横２０×縦１０ｍｍ
であり、ユニットセル１００の寸法は導波管３０の長手
方向に２０ｍｍ、導波管３０の高さ方向に１０ｍｍであ
る。
する測定装置を示している。ここで３０はＭバンド導波
管、３１，３２は導波管３０内に挿入したプローブであ
る。この導波管３０の内部に試料としてのユニットセル
１００を挿入する。プローブ３１，３２にはネットワー
クアナライザ３３を接続している。そして、このネット
ワークアナライザ３３を用いて電磁波の透過特性を測定
する。図６においてユニットセル１００は、それに設け
ている孔ｈによるダイヤモンド構造の結晶軸〈１００
０〉が導波管３０の電磁波伝搬方向を向くように配置し
ている。導波管３０の内側寸法は、横２０×縦１０ｍｍ
であり、ユニットセル１００の寸法は導波管３０の長手
方向に２０ｍｍ、導波管３０の高さ方向に１０ｍｍであ
る。
【００３４】図７は、Ｃｕの無電解メッキのメッキ時間
を変えて、Ｃｕ膜の状態を変えた時の上記透過特性を示
している。ここで横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は減衰
量（ｄＢ）であり、電磁波の入力に対する出力の強度比
の対数である。０（ｄＢ）は入力と出力の信号強度が等
しい状態である。
を変えて、Ｃｕ膜の状態を変えた時の上記透過特性を示
している。ここで横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は減衰
量（ｄＢ）であり、電磁波の入力に対する出力の強度比
の対数である。０（ｄＢ）は入力と出力の信号強度が等
しい状態である。
【００３５】図７の（Ａ）は、導波管３０内にユニット
セル１００を挿入しない状態での特性である。（Ｂ）は
Ｃｕ膜形成前のユニットセル素体１００′を導波管３０
内に挿入した状態での特性である。（Ｃ）〜（Ｈ）は、
Ｃｕ無電解メッキのメッキ時間を１分〜２０分まで変化
させた時の特性である。
セル１００を挿入しない状態での特性である。（Ｂ）は
Ｃｕ膜形成前のユニットセル素体１００′を導波管３０
内に挿入した状態での特性である。（Ｃ）〜（Ｈ）は、
Ｃｕ無電解メッキのメッキ時間を１分〜２０分まで変化
させた時の特性である。
【００３６】ここで、図７の（Ａ）〜（Ｈ）に対応させ
て、メッキ時間、表面抵抗、Ｃｕの膜厚と、それによっ
て得られるバンドギャップとの関係を次の表に示す。
て、メッキ時間、表面抵抗、Ｃｕの膜厚と、それによっ
て得られるバンドギャップとの関係を次の表に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】ここで、「ギャップ中心周波数」は、最下
点（減衰量最大点）の周波数、「バンド幅」は減衰量が
「減衰量」で示す値であるときの帯域幅、「最下点の減
衰量」は最も減衰する点の減衰量である。
点（減衰量最大点）の周波数、「バンド幅」は減衰量が
「減衰量」で示す値であるときの帯域幅、「最下点の減
衰量」は最も減衰する点の減衰量である。
【００３９】図７の（Ｂ）に示すように、導電体膜を形
成しないユニットセル素体１００′であれば、そのバン
ドギャップにより、１８．０［ＧＨｚ］で−１９．５
（ｄＢ）減衰する特性が現れる。このときの減衰量−１
２．０（ｄＢ）で見たバンド幅は０．９［ＧＨｚ］であ
る。メッキ時間１分でＣｕの無電解メッキを行ったユニ
ット素体１００であれば、図７の（Ｃ）に示すように、
１０．７［ＧＨｚ］で約−２８．２（ｄＢ）だけ減衰す
る。このときの減衰量−１５．６（ｄＢ）で見たバンド
幅は０．９［ＧＨｚ］である。無電解メッキ時間を２分
→３分→５分→１０分と長くしていくと、図７の（Ｄ）
〜（Ｇ）に示すように、減衰量およびバンド幅が共に大
きなる。すなわちバンドギャップが大きくなることが分
かる。
成しないユニットセル素体１００′であれば、そのバン
ドギャップにより、１８．０［ＧＨｚ］で−１９．５
（ｄＢ）減衰する特性が現れる。このときの減衰量−１
２．０（ｄＢ）で見たバンド幅は０．９［ＧＨｚ］であ
る。メッキ時間１分でＣｕの無電解メッキを行ったユニ
ット素体１００であれば、図７の（Ｃ）に示すように、
１０．７［ＧＨｚ］で約−２８．２（ｄＢ）だけ減衰す
る。このときの減衰量−１５．６（ｄＢ）で見たバンド
幅は０．９［ＧＨｚ］である。無電解メッキ時間を２分
→３分→５分→１０分と長くしていくと、図７の（Ｄ）
〜（Ｇ）に示すように、減衰量およびバンド幅が共に大
きなる。すなわちバンドギャップが大きくなることが分
かる。
【００４０】このように、導電体膜２を形成することに
よって、ユニットセル素体１００′の場合に比べて大き
なバンドギャップが得られ、導電体膜２の密度を増す
程、大きなバンドギャップが得られることが分かる。ま
た、ユニットセル素体１００′に導電体膜２を形成する
ことにより、バンドギャップが現れる周波数が低くな
る。すなわち、ユニットセルの見かけ上の誘電率が高く
なることが分かる。このことは、高誘電率材料のフォト
ニック結晶を得たことと等価である。
よって、ユニットセル素体１００′の場合に比べて大き
なバンドギャップが得られ、導電体膜２の密度を増す
程、大きなバンドギャップが得られることが分かる。ま
た、ユニットセル素体１００′に導電体膜２を形成する
ことにより、バンドギャップが現れる周波数が低くな
る。すなわち、ユニットセルの見かけ上の誘電率が高く
なることが分かる。このことは、高誘電率材料のフォト
ニック結晶を得たことと等価である。
【００４１】ここで、導電体膜２の表面抵抗、バンドギ
ャップの中心周波数、それによる見かけ上の比誘電率の
関係を図８に示す。このようにメッキ時間を長くして、
導電体膜２の表面抵抗を小さくするほど見かけ上の比誘
電率が高くなる。したがって、同一周波数帯で減衰を得
るためのユニットセルがその分小型化できる。
ャップの中心周波数、それによる見かけ上の比誘電率の
関係を図８に示す。このようにメッキ時間を長くして、
導電体膜２の表面抵抗を小さくするほど見かけ上の比誘
電率が高くなる。したがって、同一周波数帯で減衰を得
るためのユニットセルがその分小型化できる。
【００４２】しかし、図７の（Ｈ）に示したように、Ｃ
ｕ無電解メッキのメッキ時間を２０分以上にすると、バ
ンドギャップは消失する。これは、導電体膜２の密度が
高くなりすぎて、丁度、図１に示した構造の金属体を導
波管内に挿入したことと等価な状態になるためであると
考えられる。
ｕ無電解メッキのメッキ時間を２０分以上にすると、バ
ンドギャップは消失する。これは、導電体膜２の密度が
高くなりすぎて、丁度、図１に示した構造の金属体を導
波管内に挿入したことと等価な状態になるためであると
考えられる。
【００４３】ここで、Ｃｕの無電解メッキのメッキ時間
を２分とした時の導電体膜２のＡＦＭ像（原子間力顕微
鏡（AFM ：atomic force microscope ）により観測した
像）を図１０に示す。ここで複数の山型に突出している
各々がＣｕ粒である。これらは各々独立している。また
は、複数のＣｕ粒がクラスタ状に連続しているが、クラ
スタ同士が全体につながることはなく、まばらに分布し
ている。すなわち導電体粒が不連続な金属膜状態となっ
ている。これにより、Ｃｕ膜の広がる方向への比較的長
い経路にわたる電流の導通は阻止される。この構造によ
り、多数の金属体を実質的に絶縁膜被覆しているものと
等価な作用効果を得る。
を２分とした時の導電体膜２のＡＦＭ像（原子間力顕微
鏡（AFM ：atomic force microscope ）により観測した
像）を図１０に示す。ここで複数の山型に突出している
各々がＣｕ粒である。これらは各々独立している。また
は、複数のＣｕ粒がクラスタ状に連続しているが、クラ
スタ同士が全体につながることはなく、まばらに分布し
ている。すなわち導電体粒が不連続な金属膜状態となっ
ている。これにより、Ｃｕ膜の広がる方向への比較的長
い経路にわたる電流の導通は阻止される。この構造によ
り、多数の金属体を実質的に絶縁膜被覆しているものと
等価な作用効果を得る。
【００４４】上記メッキ時間を２０分以上にすると、Ｃ
ｕ粒が連続して、フォトニック結晶の全表面に、膜の広
がる方向に自由に電流が導通するＣｕ膜が形成される。
そのため、誘電率の異なる２つの物質を周期性をもって
３次元空間内に分布した構造による作用が無くなって、
バンドギャップが消失するものと考えられる。
ｕ粒が連続して、フォトニック結晶の全表面に、膜の広
がる方向に自由に電流が導通するＣｕ膜が形成される。
そのため、誘電率の異なる２つの物質を周期性をもって
３次元空間内に分布した構造による作用が無くなって、
バンドギャップが消失するものと考えられる。
【００４５】図９に示したように、メッキ時間の１０分
は、表面抵抗の約０．３Ω／□に相当するので、上記３
次元周期構造体の２つの物質の界面に、表面抵抗が０．
３Ω／□以上の導電体膜を形成すればよい。これを導電
体膜の状態で表せば、２つの物質の界面に、各々独立し
た導電性粒子または複数の導電性粒子同士によるクラス
タがまばらに広がる導電体膜を形成すればよい。
は、表面抵抗の約０．３Ω／□に相当するので、上記３
次元周期構造体の２つの物質の界面に、表面抵抗が０．
３Ω／□以上の導電体膜を形成すればよい。これを導電
体膜の状態で表せば、２つの物質の界面に、各々独立し
た導電性粒子または複数の導電性粒子同士によるクラス
タがまばらに広がる導電体膜を形成すればよい。
【００４６】なお、上記導電体膜２の導電体材料として
Ｃｕ以外にＮｉやＩｎＳｂでも同様の結果が得られた。
Ｃｕの導電率は５．８×１０5 ［Ｓ／ｃｍ］、Ｎｉの導
電率は１．５×１０5 ［Ｓ／ｃｍ］、ＩｎＳｂの導電率
は１．０×１０3 ［Ｓ／ｃｍ］であるから、導電率が１
０3 Ｓ／ｃｍ以上の導電性材料であれば、他の金属など
の導電性材料を無電解メッキしても同様の作用効果が得
られるものと考えられる。
Ｃｕ以外にＮｉやＩｎＳｂでも同様の結果が得られた。
Ｃｕの導電率は５．８×１０5 ［Ｓ／ｃｍ］、Ｎｉの導
電率は１．５×１０5 ［Ｓ／ｃｍ］、ＩｎＳｂの導電率
は１．０×１０3 ［Ｓ／ｃｍ］であるから、導電率が１
０3 Ｓ／ｃｍ以上の導電性材料であれば、他の金属など
の導電性材料を無電解メッキしても同様の作用効果が得
られるものと考えられる。
【００４７】また、ユニットセル素体１００′に導電体
膜２を形成する方法としては、無電解メッキ法以外に、
スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、導電体粒と
しての金属粉を分散させた樹脂を塗布し乾燥固化させる
塗布法によって導電体膜２を形成しても良い。
膜２を形成する方法としては、無電解メッキ法以外に、
スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、導電体粒と
しての金属粉を分散させた樹脂を塗布し乾燥固化させる
塗布法によって導電体膜２を形成しても良い。
【００４８】
【発明の効果】この発明によれば、誘電率の異なる２つ
の物質が３次元空間内で周期性をもって分布した３次元
周期構造体であって、その２つの物質の界面に、表面抵
抗が０．３Ω／□以上の導電体膜を形成したことによ
り、また、前記２つの物質の界面に、各々独立した導電
性粒子または複数の導電性粒子同士によるクラスタがま
ばらに広がる導電体膜を形成したことにより、誘電率の
異なる２つの物質が３次元空間内で周期性をもって分布
するとともに、金属膜の広がる方向への電流の導通が阻
止されて、金属体を実質的に絶縁膜被覆したものと同様
の効果が得られる。すなわち、誘電率や屈折率のコント
ラストの高い３次元周期構造体が得られる。
の物質が３次元空間内で周期性をもって分布した３次元
周期構造体であって、その２つの物質の界面に、表面抵
抗が０．３Ω／□以上の導電体膜を形成したことによ
り、また、前記２つの物質の界面に、各々独立した導電
性粒子または複数の導電性粒子同士によるクラスタがま
ばらに広がる導電体膜を形成したことにより、誘電率の
異なる２つの物質が３次元空間内で周期性をもって分布
するとともに、金属膜の広がる方向への電流の導通が阻
止されて、金属体を実質的に絶縁膜被覆したものと同様
の効果が得られる。すなわち、誘電率や屈折率のコント
ラストの高い３次元周期構造体が得られる。
【００４９】また、この発明によれば、前記導電体膜と
して、導電率が１０3 Ｓ／ｃｍ以上の導電性材料から構
成したことにより、大きなバンドギャップが得られる。
また、見かけ上の誘電率が高まり、全体に小型化でき
る。
して、導電率が１０3 Ｓ／ｃｍ以上の導電性材料から構
成したことにより、大きなバンドギャップが得られる。
また、見かけ上の誘電率が高まり、全体に小型化でき
る。
【００５０】また、前記導電体膜を、誘電率の異なる２
つの物質のうち一方の表面に無電解メッキ法により形成
したことにより、誘電率の異なる２つの物質の界面に、
各々独立した導電性粒子または複数の導電性粒子同士に
よるクラスタがまばらに広がる導電体膜を容易に形成で
き、その生産性が高まる。
つの物質のうち一方の表面に無電解メッキ法により形成
したことにより、誘電率の異なる２つの物質の界面に、
各々独立した導電性粒子または複数の導電性粒子同士に
よるクラスタがまばらに広がる導電体膜を容易に形成で
き、その生産性が高まる。
【００５１】また、この発明によれば、断面パターンの
光照射を光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法
を用いたことにより、３次元周期構造体の２つの物質の
うちの一方の物質による構造を容易に形成でき、且つ、
その２つの物質の界面に導電体膜を形成した３次元構造
体が容易に得られる。
光照射を光硬化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法
を用いたことにより、３次元周期構造体の２つの物質の
うちの一方の物質による構造を容易に形成でき、且つ、
その２つの物質の界面に導電体膜を形成した３次元構造
体が容易に得られる。
【図１】実施形態に係るユニットセルの構造を示す斜視
図
図
【図２】同ユニットセル内の空気孔によるダイヤモンド
構造の１ユニットを示す図
構造の１ユニットを示す図
【図３】光造形装置の構成を示す図
【図４】同光造形装置によるオブジェクトの造形途中の
状態を示す図
状態を示す図
【図５】誘電率の異なる物質が周期性をもって分布して
いる時の２つの定在波を示す図
いる時の２つの定在波を示す図
【図６】ユニットセルの電磁波特性測定装置の構成を示
す図
す図
【図７】ユニットセル素体への導電体膜のメッキ時間と
透過特性との関係を示す図
透過特性との関係を示す図
【図８】導電体膜２の表面抵抗、バンドギャップの中心
周波数、それによる見かけ上の比誘電率の関係を示す図
周波数、それによる見かけ上の比誘電率の関係を示す図
【図９】ユニットセル素体に対する無電解メッキのメッ
キ時間と導電体膜の表面抵抗との関係を示す図
キ時間と導電体膜の表面抵抗との関係を示す図
【図１０】ユニットセルに対する無電解メッキによる導
電体膜表面のＡＦＭ像を示す図
電体膜表面のＡＦＭ像を示す図
【符号の説明】
１−樹脂
２−導電体膜
ｈ−孔
１０−レーザダイオード
１１−調波発生素子（ＬＢＯ）
１２−音響光学素子（ＡＯＭ）
１３−走査ミラー
１４−ｆθレンズ
１５−容器
１６−エレベータテーブル
１７−スキージ
１８−光硬化性樹脂
１９−オブジェクト
３０−導波管
３１，３２−プローブ
３３−ネットワークアナライザ
１００−ユニットセル
１００′−ユニットセル素体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｍ
(72)発明者 中川 卓二
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
(72)発明者 田中 克彦
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
Ｆターム(参考） 2H047 KA03 LA18 PA05 PA06 RA08
TA41
2H049 AA02 AA06 AA31 AA43 AA61
4F213 AA44 WA25 WA53 WA63 WA73
WL03 WL46 WL55 WW24 WW31
WW38
Claims (5)
- 【請求項１】 誘電率の異なる２つの物質が３次元空間
内で周期性をもって分布した３次元周期構造体であっ
て、前記２つの物質の界面に、表面抵抗が０．３Ω／□
以上の導電体膜が形成されていることを特徴とする３次
元周期構造体。 - 【請求項２】 誘電率の異なる２つの物質が３次元空間
内で周期性をもって分布した３次元周期構造体であっ
て、前記２つの物質の界面に、各々独立した導電性粒子
または複数の導電性粒子同士によるクラスタがまばらに
広がる導電体膜が形成されていることを特徴とする３次
元周期構造体。 - 【請求項３】 前記導電体膜が、導電率１０3 Ｓ／ｃｍ
以上の導電性材料からなる請求項１または２に記載の３
次元周期構造体。 - 【請求項４】 前記導電体膜が、前記２つの物質のうち
一方の表面に無電解メッキ法により形成された請求項
１、２または３に記載の３次元周期構造体。 - 【請求項５】 形成すべき断面パターンの光照射を光硬
化性樹脂に対して層毎に繰り返す光造形法により、請求
項１〜４のいずれかに記載の３次元周期構造体の２つの
物質のうち一方の物質の分布による構造体を形成する、
３次元周期構造体の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154254A JP3599042B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | ３次元周期構造体およびその製造方法 |
| PCT/IB2003/002031 WO2003100484A2 (en) | 2002-05-28 | 2003-05-27 | Three dimensional periodic structure and method of producing the same |
| AU2003244887A AU2003244887A1 (en) | 2002-05-28 | 2003-05-27 | Three dimensional periodic structure and method of producing the same |
| DE2003192155 DE10392155T5 (de) | 2002-05-28 | 2003-05-27 | Dreidimensionale periodische Struktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| CNB038066459A CN1327255C (zh) | 2002-05-28 | 2003-05-27 | 三维周期性结构及其制造方法 |
| US10/509,730 US20050221100A1 (en) | 2002-05-28 | 2003-05-27 | Three dimensional periodic structure and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154254A JP3599042B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | ３次元周期構造体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003344629A true JP2003344629A (ja) | 2003-12-03 |
| JP3599042B2 JP3599042B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=29561350
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002154254A Expired - Fee Related JP3599042B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | ３次元周期構造体およびその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050221100A1 (ja) |
| JP (1) | JP3599042B2 (ja) |
| CN (1) | CN1327255C (ja) |
| AU (1) | AU2003244887A1 (ja) |
| DE (1) | DE10392155T5 (ja) |
| WO (1) | WO2003100484A2 (ja) |
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| JP2007069406A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Institute Of Physical & Chemical Research | ３次元金属微細構造体の製造方法 |
| CN100392444C (zh) * | 2003-12-05 | 2008-06-04 | 3M创新有限公司 | 制造光子晶体和其中可控制的缺陷的方法 |
| JP2009539135A (ja) * | 2006-06-01 | 2009-11-12 | インダストリー−ユニバーシティ・コーペレーション・ファウンデーション・ハンヤン・ユニバーシティ | 光結晶の製造方法 |
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| WO2018221722A1 (ja) * | 2017-06-01 | 2018-12-06 | 国立大学法人東京大学 | ３ｄモデル生成装置、３ｄモデル生成方法、３ｄモデル生成プログラム、構造物及び構造物を製造する方法 |
| JP2022504343A (ja) * | 2018-10-18 | 2022-01-13 | ロジャーズ・コーポレイション | 空間的に変化する誘電材料の製造のための方法、この方法によって作製される物品、およびその使用 |
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|---|---|---|---|---|
| EP1919703B1 (en) | 2005-08-12 | 2013-04-24 | Modumetal, LLC | Compositionally modulated composite materials and methods for making the same |
| BRPI1010877B1 (pt) | 2009-06-08 | 2020-09-15 | Modumetal, Inc | Revestimento de multicamadas resistente à corrosão e método de eletrodeposição |
| CN102560679A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-11 | 西安交通大学 | 一种介电梯度陶瓷基光子晶体 |
| EP2971265A4 (en) | 2013-03-15 | 2016-12-14 | Modumetal Inc | NANOSAFTIFIED CHROMIUM AND NICKEL COATING HAVING HIGH HARDNESS |
| EP2971261A4 (en) * | 2013-03-15 | 2017-05-31 | Modumetal, Inc. | Electrodeposited compositions and nanolaminated alloys for articles prepared by additive manufacturing processes |
| EA032264B1 (ru) | 2013-03-15 | 2019-05-31 | Модьюметл, Инк. | Способ нанесения покрытия на изделие, изделие, полученное вышеуказанным способом, и труба |
| BR112015022078B1 (pt) | 2013-03-15 | 2022-05-17 | Modumetal, Inc | Aparelho e método para eletrodepositar um revestimento nanolaminado |
| CA2961507C (en) | 2014-09-18 | 2024-04-09 | Modumetal, Inc. | Methods of preparing articles by electrodeposition and additive manufacturing processes |
| BR112017005464A2 (pt) | 2014-09-18 | 2017-12-05 | Modumetal Inc | método e aparelho para aplicar continuamente revestimentos de metal nanolaminado |
| CN105563830B (zh) * | 2015-12-17 | 2017-12-26 | 中山大学 | 基于微投影3d打印的三维光子晶体模板的制备方法 |
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| US11286575B2 (en) | 2017-04-21 | 2022-03-29 | Modumetal, Inc. | Tubular articles with electrodeposited coatings, and systems and methods for producing the same |
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