可撓性納米結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明各實(shí)施例系有關(guān)于可撓性納米結(jié)構(gòu)、其制造方法、及其應(yīng)用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]納米結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)塊體(bulk)薄膜型結(jié)構(gòu)顯示出比如量子限制效應(yīng)(quantumconfinement effect)、霍爾-佩奇(Hall-Petch)效應(yīng)、滴溶點(diǎn)(dropping melting point)、共振效應(yīng)(resonance phenomenon)、優(yōu)異的載流子遷移率(carrier mobility)等特點(diǎn)。因此，納米結(jié)構(gòu)被應(yīng)用至化學(xué)電池、太陽(yáng)能電池、半導(dǎo)體裝置、化學(xué)傳感器、光電裝置及其類似
>j-U ρ?α裝直。
[0003]納米結(jié)構(gòu)是以自上而下(top-down)或自下而上(bottom-up)法所形成。自下而上(bottom-up)法包括汽-液-固(vapor-liquid-solid)生長(zhǎng)法與液體生長(zhǎng)法。汽-液-固生長(zhǎng)法是基于一催化反應(yīng)，且包括比如熱化學(xué)氣相沉積法(Thermal Chemical VaporDeposit1n ;thermal_CVD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法法(Metal-Organic Chemical VaporDeposit1n ;M0CVD)、脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposit1n ;PLD)、與原子層沉積法(Atomic Layer Deposit1n ;ALD)。至于液體生長(zhǎng)法,則建議使用自組裝(self-assembly)技術(shù)及水熱法(hydrothermal method)。
[0004]根據(jù)傳統(tǒng)的自下而上(bottom-up)法,將事先準(zhǔn)備好的納米粒子連接至具有經(jīng)修飾表面的基板。然而，這種方法受到納米粒子尺寸約束及納米尺寸分布的限制，產(chǎn)生存儲(chǔ)(memory)再現(xiàn)性及可靠性的問(wèn)題。換句話說(shuō)，通過(guò)簡(jiǎn)單地將納米粒子連接至基板的方法來(lái)制造納米結(jié)構(gòu)，看似是不可能改良內(nèi)存效能，除非納米粒子合成技術(shù)產(chǎn)生顯著的進(jìn)展。
[0005]為了克服此限制，可通過(guò)自上而下(top-down)法比如微影工藝來(lái)制備納米粒子。然而，因?yàn)槭褂米陨隙?top-down)法需要高端(high-end)的微影設(shè)備，因此需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行大量的投資。而且，由于工藝相當(dāng)?shù)貜?fù)雜，可擴(kuò)展至量產(chǎn)的能力受限。還有，雖然使用電子束實(shí)施蝕刻工藝，仍然很難將納米粒子的尺寸維持在預(yù)定程度(predetermined level)之下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]各實(shí)施例揭示可通過(guò)市售且符合成本效益的方法而快速量產(chǎn)的納米結(jié)構(gòu)，及其制造方法。
[0007]各實(shí)施例也揭示具有可控制尺寸之納米粒子的納米結(jié)構(gòu)，及其制造方法。
[0008]各實(shí)施例也揭示在比例經(jīng)縮放的(scaled)應(yīng)用裝置中能夠確保操作穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、及可靠性的納米結(jié)構(gòu)。
[0009]各實(shí)施例也揭示具有良好的操作穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、及可靠性的納米結(jié)構(gòu)的裝置。
[0010]在一實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)包括:一可撓性基板；多個(gè)連接分子，形成于可撓性基板之上；以及由與連接分子鍵結(jié)的多個(gè)金屬離子所形成的一或多個(gè)金屬納米粒子。
[0011]可撓性基板可包括可撓性基板表面上的一有機(jī)材料，此有機(jī)材料具有能夠與連接分子鍵結(jié)的羥基(-0H)官能團(tuán)。
[0012]可撓性基板可為一聚合物，其包括選自下組的一種、或兩種或更多種所形成之混合物，包括:聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate ；PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate ；PEN)、聚亞酸胺(polyimide ；PI)、聚碳酸酯(polycarbonate ；PC)、聚丙烯(polypropylene ；PP)、三乙?；w維素(triacetyl cellulose ；TAC)、聚醚諷(polyethersulfone ；PES)、及聚二甲基娃氧燒(polydimethylsiloxane ；PDMS)。
[0013]連接分子可為通過(guò)自組裝(self-assembly)與可撓性基板表面鍵結(jié)的有機(jī)單分子。
[0014]納米結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括:與每一個(gè)金屬納米粒子表面鍵結(jié)的一介電有機(jī)材料或一無(wú)機(jī)氧化物的至少之一。
[0015]納米結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括:與金屬離子或生長(zhǎng)中的納米粒子鍵結(jié)的一或多種的一有機(jī)表面活性劑。
[0016]金屬納米粒子可具有一平均粒徑約2.0?3.0nm。
[0017]有機(jī)表面活性劑可為一含氮有機(jī)材料或一含硫有機(jī)材料。
[0018]金屬納米粒子可具有一平均粒徑約1.3?1.9nm。
[0019]有機(jī)表面活性劑可包括一第一有機(jī)材料及不同種類的一第二有機(jī)材料，其中第一有機(jī)材料可為一含氮有機(jī)材料或一含硫有機(jī)材料，而第二有機(jī)材料可為一相轉(zhuǎn)移催化劑基(phase-transfer catalyst-based)有機(jī)材料。
[0020]金屬納米粒子可具有一粒徑約0.5?1.2nm。
[0021]連接分子可為有機(jī)單分子,而多個(gè)連接分子可構(gòu)成一連接層(linker layer),且連接層可為形成于可撓性基板上的自組裝(self-assembly)單分子層。
[0022]連接分子可形成一連接層，而連接層可為一硅烷化合物層，其具有選自下組的至少一官能團(tuán)，包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group)。
[0023]每一個(gè)連接分子可包括:與可撓性基板的表面鍵結(jié)的一第一官能團(tuán)、與金屬離子鍵結(jié)的一第二官能團(tuán)、及連接第一官能團(tuán)與第二官能團(tuán)的一鏈基(chain group)。
[0024]每一個(gè)連接分子可包括選自下組的一官能團(tuán)，包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group),其能夠鍵結(jié)至金屬離子。
[0025]金屬納米粒子可選自于下組，包括:金屬納米粒子、金屬氧化物納米粒子、金屬氮化物納米粒子、金屬碳化物納米粒子、及金屬間化合物(intermetallic compound)納米粒子。
[0026]金屬納米粒子可與彼此分開(kāi)(separately)配置并可形成單一的單分子層。
[0027]納米結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括:一連接層，包括形成于可撓性基板之上的連接分子；以及一納米粒子層，包括多個(gè)金屬納米粒子，其中連接層與納米粒子層重復(fù)并交替地堆棧以形成一垂直多堆棧(mult1-stack)結(jié)構(gòu)。
[0028]納米結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括:一介電材料層,形成于垂直多堆棧(mult1-stack)結(jié)構(gòu)中的一上層納米粒子層與一下層連接層之間。
[0029]在另一實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)包括:一基板；多個(gè)連接分子，形成于可撓性基板之上，并適于將多個(gè)金屬離子與可撓性基板耦合；以及由金屬離子形成的一或多個(gè)金屬納米粒子。
[0030]每一個(gè)連接分子可包括選自于下組的的一官能團(tuán),包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group),做為與金屬離子鍵結(jié)的官能團(tuán)。
[0031]納米結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括:與金屬離子或納米粒子鍵結(jié)的一或多種的一有機(jī)表面活性劑。
[0032]金屬納米粒子可具有0.5?3.0nm的一平均直徑。
[0033]金屬納米粒子可具有一粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviat1n)等于或小于20%。
【附圖說(shuō)明】
[0034]本發(fā)明中附圖的符號(hào)簡(jiǎn)單說(shuō)明:
[0035]120?連接層
[0036]150?介電有機(jī)材料
[0037]110、210 ?基板
[0038]112、212 ?硅基板
[0039]114、214 ?表面層
[0040]120A、224?連接分子
[0041]122、126 ?官能團(tuán)
[0042]124?鏈基
[0043]130、230?金屬離子
[0044]140、240?金屬納米粒子
[0045]150、250?介電有機(jī)材料
[0046]220?支撐層
[0047]222?介電粒子支撐體
[0048]圖1A?IF為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例顯示納米結(jié)構(gòu)及其制造方法的剖面圖。
[0049]圖2A?2E為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例描述納米結(jié)構(gòu)及其制造方法的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]此后，將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配合相應(yīng)的附圖詳細(xì)描述單一電子晶體管及其制造方法。然而，本發(fā)明可以不同的形式實(shí)施，且不應(yīng)限于此處所述的實(shí)施例。相反的，通過(guò)所提供的實(shí)施例可據(jù)以實(shí)施并完成本發(fā)明，且可充分將本發(fā)明之范疇傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。此外，附圖不一定依照比例繪制，在一些情況下，比例可被放大或縮小以清楚顯示實(shí)施例的特征。在本發(fā)明中，各附圖或?qū)嵤├械膮⒖紨?shù)字直接對(duì)應(yīng)于具有類似數(shù)字的部分。
[0051]應(yīng)了解的是，在本發(fā)明中“上(on)”與“之上(over)”應(yīng)以最廣泛的方式解讀，這樣一來(lái)，“上(on)”不只表示“直接在上”，也代表在具有中間特征或?qū)拥臇|西上，而“之上(over) ”也不只表示直接在其頂端上，也可代表在具有中間特征或?qū)拥臇|西之頂端上。還應(yīng)注意的是，在本說(shuō)明書(shū)中，組件之“連接(connected)/f禹合(coupled) ”不只代表直接與另一組件耦合，也代表通過(guò)中間組件與另一組件間接耦合。此外，只要沒(méi)有特別提及，單數(shù)形式可包括多數(shù)形式，反之亦然。
[0052]除非特別說(shuō)明，此處使用的所有用語(yǔ)，包括技術(shù)或科學(xué)用語(yǔ)，具有如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的相同意義。在以下的敘述中，當(dāng)可能使本發(fā)明之專利目標(biāo)不清楚時(shí)，將省略已知功能和構(gòu)造的詳細(xì)描述。
[0053]本發(fā)明第一實(shí)施例的納米結(jié)構(gòu)及其制造方法
[0054]圖1A?IF根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例顯示納米結(jié)構(gòu)及其制造方法的剖面圖。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，納米結(jié)構(gòu)的制造方法可包括:準(zhǔn)備一基板110 (參照?qǐng)D1A);將連接分子120A鍵結(jié)至基板110(參照?qǐng)D1B);將金屬離子130鍵結(jié)至連接分子120A(參照?qǐng)D1C與圖1D);以及通過(guò)施加能量以將金屬離子130形成(即，還原或生長(zhǎng))為金屬納米粒子140(參照?qǐng)D1E)。納米結(jié)構(gòu)的制造方法進(jìn)一步可包括提供一介電有機(jī)材料150至包括金屬納米粒子140的基板(參照?qǐng)D1F)。納米結(jié)構(gòu)的制造方法甚至進(jìn)一步可包括在施加能量之前或期間提供一或多種的有機(jī)表面活性劑。
[0056]圖1A顯不準(zhǔn)備好的基板110。參照?qǐng)D1A,基板110可具有一表面層114,其具有能夠與連接分子鍵結(jié)之一官能團(tuán)。例如，基板110可為一娃基板112,其具有一二氧化娃(Si02)層做為表面層114。
[0057]基板110可為一半導(dǎo)體基板、一透明基板、或一可撓性(flexible)基板?；?10的材料、結(jié)構(gòu)、和形狀可根據(jù)其應(yīng)用裝置而不同?；錒O也可做為應(yīng)用裝置構(gòu)成組件的物理性支撐，或者，基板I1可為構(gòu)成組件的原料(raw material)。
[0058]可撓性基板的非限制性例子包括:由聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate ;PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate ;PEN)、聚亞酸胺(polyimide ;PI)、聚碳酸酉旨(polycarbonate ;PC)、聚丙烯(polypropylene ;PP)、三乙?；w維素(triacetyl cellulose ;TAC)、聚醚諷(polyethersulfone ;PES)、與聚二甲基娃氧燒(polydimethylsiloxane ;PDMS)、或前述的混合物所形成的可撓性聚合物基板。當(dāng)使用一可撓性基板時(shí)，基板的表面層114可由具有能夠與連接分子鍵結(jié)的官能團(tuán)(例如:-0H官能團(tuán))的有機(jī)材料形成。
[0059]當(dāng)使用一半導(dǎo)體基板時(shí)，基板可為有機(jī)半導(dǎo)體、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、或前述之堆棧結(jié)構(gòu)。
[0060]無(wú)機(jī)半導(dǎo)體基板的非限制性例子包括由選自下組的材料形成之基板，上述組包括:第4族半導(dǎo)體，包括硅(Si)、鍺(Ge)、與硅化鍺(SiGe);第3?5族半導(dǎo)體，包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、與磷化鎵(GaP);第2?6族半導(dǎo)體，包括硫化鎘(CdS)與碲化鋅(ZnTe);第4?6族半導(dǎo)體，包括硫化鉛(PbS);以及由選自這些材料的不同材料所形成的二層或更多層的堆棧層。以結(jié)晶學(xué)(crystallography)的角度來(lái)說(shuō),無(wú)機(jī)半導(dǎo)體基板可為一單晶材料、多晶材料、非晶(amorphous)材料、或結(jié)晶材料與非晶材料的混合物。當(dāng)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體基板為兩層或更多層所堆棧成的堆?；鍟r(shí)，每一層可為一單晶材料、多晶材料、非晶(amorphous)材料、或結(jié)晶材料與非晶材料的混合物。
[0061]更明確的說(shuō)，無(wú)機(jī)半導(dǎo)體基板可為包括一晶圓的半導(dǎo)體基板，比如硅(Si)基板112、具有表面氧化層的硅基板、或包括一晶圓的絕緣層硅(SOI)基板。
[0062]當(dāng)使用有機(jī)半導(dǎo)體基板時(shí)，有機(jī)半導(dǎo)體基板可為一般有機(jī)晶體管、有機(jī)太陽(yáng)能電池、與有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)領(lǐng)域中所使用的η-型有機(jī)半導(dǎo)體或P-型有機(jī)半導(dǎo)體。有機(jī)半導(dǎo)體的非限制性例子包括:富勒烯衍生物(fullerene-derivatives),比如銅酞菁(copper-phthalocyanine ;CuPc)、聚(3_ 己燒基噻吩)(poly (3-hexylth1phene) ;P3HT)、并五苯(pentacene)、亞酞菁(subphthalocyanines