的非限制性例子包括N-(2_氨基乙基)氨基丙基三(甲氧基)娃燒(N-(2-aminoethyl) aminopropyltri (methoxy) silane)、N_ (2-氨基乙基)氨基丙基三(乙氧基)娃燒(N-(2-aminoethyl) aminopropyltri (ethoxy) silane)、N-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二(甲氧基)娃燒(N- (2-aminoethyl) aminopropylmethyldi (methoxy)silane)、N_(2_氨基乙基)氨基丙基甲基二(乙氧基)硅烷(N-(2_aminoethyl)aminopropylmethyldi (ethoxy) silane)、3_ 氨基丙基三(甲氧基)娃燒(3-aminopropyltri (methoxy) silane)、3_ 氨基丙基三(乙氧基)娃燒(3-aminopropyltri (ethoxy)silane)、3_ 氨基丙基甲基二(甲氧基)娃燒(3-aminopropylmethyldi (methoxy) silane) >與 3-氨基丙基甲基二(乙氧基)娃燒(3-aminopropylmethyldi (ethoxy) silane)。硫醇基娃燒化合物的非限制性例子包括:硫醇基丙基三甲氧基娃燒(mercaptopropyltrimethoxysilane)、硫醇基丙基三乙氧基娃燒(mercaptopropyltriethoxysilane)、硫醇基乙基三甲氧基娃燒(mercaptoethyltrimethoxysilane)、及硫醇基乙基三乙氧基娃燒(mercaptoethyItriethoxysi lane)。
[0095]上述的硅烷化合物可施加或沉積于基板110的表面上以形成一官能團(tuán)(由硅烷化合物層產(chǎn)生的官能團(tuán))?？赏ㄟ^施加并干燥硅烷化合物溶液以形成硅烷化合物。或者，可通過提供一氣態(tài)娃燒化合物至基板表面以沉積娃燒化合物。
[0096]由于硅烷化合物的官能團(tuán)將與(之后提供的)金屬前驅(qū)物反應(yīng)，以將金屬離子固定至基板，較佳形成官能團(tuán)平均地曝露在表面的均勻硅烷化合物層?？赏ㄟ^原子層沉積(ALD)形成娃燒化合物層。
[0097]上述的具有官能團(tuán)的硅烷化合物(特別是式2、3、4的硅烷化合物)可屬于上述自組裝的分子基團(tuán)。特別地，(R3)3Si可對(duì)應(yīng)于與基板表面鍵結(jié)的官能團(tuán)，R4可對(duì)應(yīng)于鏈基，而R(式2中的R)比如-SH、-C00H、或-NH2可對(duì)應(yīng)于與金屬離子鍵結(jié)的官能團(tuán)。硅烷化合物層可為硅烷化合物所形成的單分子層。
[0098]圖1C顯不與連接分子120A鍵結(jié)的金屬尚子130。金屬尚子130可與連接分子120A的官能團(tuán)126鍵結(jié)。
[0099]可通過提供金屬前驅(qū)物至基板(具有連接分子形成于其上)以形成金屬離子130。特別地，可通過施加(或浸潰)金屬前驅(qū)物溶液至基板，或施加一氣態(tài)金屬前驅(qū)物至基板以形成金屬離子130。
[0100]金屬前驅(qū)物可基于所需的納米粒子材料而設(shè)計(jì)。例如，金屬前驅(qū)物可為選自下組的一或多種金屬，包括:過渡金屬、后-過渡金屬(post-transit1n metal)、與類金屬。在一非限制性的實(shí)施例中，過渡金屬前驅(qū)物可為一過渡金屬鹽類。特別地，過渡金屬可為選自下組的一或多種，包括:Au、Ag、Ru、Pd、及Pt，而過渡金屬鹽類可選自于下組的，包括:過渡金屬的齒化物(halides)、硫族化合物(chalcogenides)、氫氯化合物(hydrochlorides)、硝酸鹽(nitrates)、硫酸鹽(sulfates)、乙酸鹽(acetates)、或銨鹽(ammonium salts)。當(dāng)過渡金屬為Au時(shí)，過渡金屬前驅(qū)物的例子包括，但不限于:HAuC14、AuCl、AuC13、Au4C18、KAuC14、NaAuC14、NaAuBr4、AuBr3、AuBr, AuF3、AuF5、Au1、AuI3、KAu (CN) 2、Au203、Au2S、Au2S3、AuSe、Au2Se3、或其類似物。
[0101]通過連接分子120A與基板鍵結(jié)的金屬離子130可為選自下組的一或多種金屬(元素)的離子，上述族群包括:過渡金屬、后-過渡金屬(post-transit1n metal)、與類金屬。根據(jù)金屬前驅(qū)物的種類，金屬離子130可為上述的金屬離子本身，或是包括上述金屬的單分子離子。金屬離子本身可與有機(jī)單分子(連接分子)的官能團(tuán)126鍵結(jié)(請(qǐng)參照?qǐng)D1C)，或者，含有金屬的單分子離子可與有機(jī)單分子的第二官能團(tuán)126鍵結(jié)(請(qǐng)參照?qǐng)D1D)。含有金屬的單分子離子可為源自金屬前驅(qū)物的離子(由有機(jī)單分子與官能團(tuán)之間的反應(yīng)產(chǎn)生的離子)。
[0102]圖1E顯示通過施加能量使金屬離子130還原或生長，以形成金屬納米粒子140。金屬納米粒子140可通過連接分子120A形成于基板110上。
[0103]先進(jìn)的合成技術(shù)使得極微小的納米粒子可由數(shù)十到數(shù)百個(gè)原子所合成，但以熱動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來說，所合成的納米粒子尺寸分布可能不均勻，且納米粒子之間的尺寸差異可能隨著合成反應(yīng)場(chǎng)(react1n field)的尺寸增加而增加。此外，利用自上而下(top-down)工藝進(jìn)行蝕刻的納米粒子制備方法雖然可以通過先進(jìn)的微影技術(shù)使粒子具有約等于或小于20nm的尺寸，但由于工藝復(fù)雜且需要精準(zhǔn)地控制而難以在商業(yè)上應(yīng)用。
[0104]然而，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制備方法，納米粒子直接在對(duì)應(yīng)于基板表面區(qū)域一非常小的反應(yīng)場(chǎng)中進(jìn)行制備，且可高密度地制備出具有非常平均且受到精細(xì)控制的尺寸的納米粒子。因?yàn)槔眠B接分子將金屬離子固定在基板，接著施加能量給金屬離子而制備納米粒子，納米粒子可通過簡單、方便和符合成本效益的方式快速地制備。而且，因?yàn)槌珊伺c生長(納米粒子的形成)是通過當(dāng)金屬原子(離子)被連接分子固定至基板時(shí)施加能量而引發(fā)，金屬原子(離子)的遷移可被控制，導(dǎo)致更微小且更平均的納米粒子形成。用于成核與生長以形成納米粒子的金屬材料僅可通過與連接分子鍵結(jié)的金屬原子(離子)提供。換句話說，用于形成納米粒子的材料供應(yīng)是來自于與連接分子鍵結(jié)的金屬原子(離子)的擴(kuò)散。由于金屬原子(離子)與連接分子鍵結(jié)，金屬原子(離子)難以擴(kuò)散超過一預(yù)定距離以參與成核與生長，因此，每一個(gè)納米粒子的反應(yīng)場(chǎng)可限制在核的周圍。因此，可高密度的在基板上形成具有更微小且更平均尺寸的納米粒子，且所形成的納米粒子之間的隔離距離也可為平均的。此外，由于金屬納米粒子與連接分子之間的鍵結(jié)維持著，納米粒子可通過連接分子穩(wěn)定地固定于基板。同時(shí)，納米粒子之間的隔離距離可對(duì)應(yīng)于參與在納米粒子的成核與生長中的金屬原子的擴(kuò)散距離。
[0105]用來形成納米粒子的能量可為選自于熱能、化學(xué)能、光能、振動(dòng)能、離子束能、電子束能、及福射能之一或多種。
[0106]熱能可包括焦耳熱(Joule heat)且可被直接或間接地施加。熱能的直接施加可于熱源和具有金屬離子固定在表面上的基板與彼此產(chǎn)生物理接觸的階段實(shí)施。熱能的間接施加可于熱源和具有金屬離子固定在表面上的基板與彼此沒有產(chǎn)生物理接觸的階段實(shí)施。直接施加的非限制性例子包括把通過電流產(chǎn)生焦耳熱(Joule heat)的加熱組件放置在基板下方并通過基板將熱能傳遞給金屬離子的方法。間接施加的非限制性例子包括使用傳統(tǒng)熱處理爐，其包括放置著待熱處理的物體(比如管線)的間隔、包圍著該間隔以避免熱流失的熱絕緣材料、以及放置在熱絕緣材料中的加熱組件。間接熱施加的非限制性例子可見于基板(金屬離子固定處)上方之一預(yù)定距離放置加熱組件，并通過基板和加熱組件之間存在的流體(包括空氣)將熱能傳遞給金屬離子的方法中。
[0107]光能可包括具有介于極紫外光到近紅外光的波長范圍的光，且光能的施加可包括光放射。在一非限制性的實(shí)施例中，光源可置于基板(金屬離子固定處)上方，離金屬離子一預(yù)定距離處，而來自光源的光可放射到金屬離子上。
[0108]振動(dòng)能可包括微波和/或超音波。振動(dòng)能的施加可包括利用微波和/或超音波產(chǎn)生放射。在一非限制性的實(shí)施例中，微波和/或超音波源可置于基板(金屬離子固定處)上方，離金屬離子一預(yù)定距離處，而來自光源的微波和/或超音波可放射到金屬離子上。
[0109]輻射能可包括選自下組的一或多種，包括α輻射、β輻射、及Υ輻射，且以還原金屬離子而言，可為β輻射和/或Y輻射。在一非限制性的實(shí)施例中，輻射源可置于基板(金屬離子固定處)上方，離金屬離子一預(yù)定距離處，而來自光源的輻射可放射到金屬離子上。
[0110]能量可為粒子束的動(dòng)能，而粒子束可包括一離子束和/或一電子束。束的離子可帶負(fù)電。在一非限制性的實(shí)施例中，一離子或電子源可置于基板(金屬離子固定處)上方，離金屬離子一預(yù)定距離處，且可通過提供電場(chǎng)(磁場(chǎng))的加速組件加速金屬離子方向上的離子或電子，使離子束和/或電子束施加到金屬離子上。
[0111]化學(xué)能為化學(xué)反應(yīng)前后之吉布斯自由能(Gibbs free energy)的變化,而化學(xué)能可包括還原能?；瘜W(xué)能可包括具有一還原劑的還原反應(yīng)的能量，也可表示金屬離子被還原劑還原的還原反應(yīng)的能量。在一非限制性的實(shí)施例中，施加化學(xué)能可為將還原劑帶到具有金屬離子固定的基板的還原反應(yīng)。還原劑可以液態(tài)或氣態(tài)的狀態(tài)提供。
[0112]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制造方法，能量的施加可包括同時(shí)或依序施加選自熱能、化學(xué)能、光能、振動(dòng)能、離子束能、電子束能、及輻射能之兩種或更多種。在同時(shí)施加的特定實(shí)施例中，同時(shí)進(jìn)行熱與粒子束的施加?？赏ㄟ^熱能加熱粒子束的粒子。在同時(shí)施加的另一特定實(shí)施例中，可同時(shí)進(jìn)行熱與還原劑的施加。在同時(shí)施加的又另一實(shí)施例中，可同時(shí)進(jìn)行粒子束與紅外線或微波的施加。
[0113]依序施加可意味著在施加一種能量后，接著施加另一種能量。也可意味著不冋種能量連續(xù)或不連續(xù)地施加至金屬離子。優(yōu)選地，在納米粒子形成前，先還原通過連接分子固定在基板的金屬離子，因此在依序施加的特定實(shí)施例中，熱可在添加還原劑后或施加帶正電的離子束后施加。
[0114]在一非限制性的實(shí)施例中，可通過一,決速熱處理(rapid thermal processing ；RTP)系統(tǒng)，包括鹵鎢燈，以進(jìn)行能量施加，而快速熱處理可在50?150°C /sec的加熱速率下進(jìn)行?？焖贌崽幚硪部稍谝贿€原氣氛或一惰性氣體氣氛中進(jìn)行。
[0115]在另一非限制性的實(shí)施例中，能量的施加可通過使還原劑溶液與金屬離子進(jìn)行接觸，接著在一還原氣氛或一惰性氣體氣氛中利用快速熱工藝系統(tǒng)進(jìn)行熱工藝。
[0116]在一非限制性的實(shí)施例中，能量的施加可通過在真空腔室中以電子束產(chǎn)生器來產(chǎn)生電子束并加速所產(chǎn)生的電子束至金屬離子。電子束產(chǎn)生器可為方型或線性槍型。電子束可通過電子束產(chǎn)生器產(chǎn)生電漿(plasma)以及，并利用一屏蔽膜(shielding membrane)提取來自電漿的電子而產(chǎn)生。此外，可在一支持器上提供加熱組件以在真空腔室中支撐基板，且可在電子束施加之前、期間、和/或之后，通過此加熱組件將熱能施加至基板。
[0117]當(dāng)所需的納米粒子為金屬納米粒子時(shí)，可通過上述的能量施加在原位(in situ)制備金屬納米粒子。當(dāng)要制備的納米粒子不是金屬納米粒子，但為金屬化合物納米粒子時(shí)，可通過在上述能量施加期間或之后提供不同于金屬離子的元素，從而制備金屬化合物納米粒子。特別地，金屬化合物納米粒子可包括: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、或金屬間化合物(intermetallic compound)納米粒子。更確切的說，可通過在上述能量施加期間或之后提供不同的氣態(tài)或液態(tài)元素，從而制備金屬化合物納米粒子。在一特定的實(shí)施例中，可通過在能量施加期間提供氧來源(oxygen source),包括氧氣，從而制備替代金屬納米粒子的金屬氧化物納米粒子。此外，可通過在能量施加期間提供氮來源(nitrogen source),包括氮?dú)?從而制備替代金屬納米粒子的金屬氮化物納米粒子。可通過在能量施加期間提供碳源，包括Cl?ClO的碳?xì)錃怏w(hydrocarbon gas),從而制備金屬碳化物納米粒子，且可通過在能量施加期間提供包含不同元素的前驅(qū)物氣體，從而制備金屬間化合物(intermetallic compound)納米粒子,其中，包含不同元素的前驅(qū)物氣體提供金屬間化合物。特別地，可將由上述能量施加所形成的金屬納米粒子碳化、氧化、氮化、或合金化，從而制備金屬間化合物(intermetallic compound)納米粒子。
[0118]可由能量施加的條件中選擇一或多種因素加以調(diào)整來控制納米粒子的密度(信道區(qū)域的每一單位表面積的納米粒子數(shù)目)、粒子尺寸、及粒子尺寸分布，其中，能量施加的條件包括能量施加的種類、大小、溫度、及長短。
[0119]明確的說，可通過施加能量以制造平均粒徑約為0.5?3nm的納米粒子。在這種情況下，可制備出粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviat1n)約為±20%或更少的均勻納米粒子，且可制備出納米粒子密度(每單位面積的納米粒子數(shù)目)約為1013?1015/cm2的高密度納米粒子。
[0120]根據(jù)一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為一電子束，電子束可以0.1KGy?10KGy的劑量來放射。在電子束的此放射劑量下,可制備出平均粒徑約為2?3nm的納米粒子，且納米粒子之粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviat1n)可約為±20%或更少。所制備出的納米粒子的密度(每單位面積的納米粒子數(shù)目)范圍可約為1013?1015/cm2，更確切地，納米粒子的密度的范圍可約為0.1X1014?10X1014/cm2。
[0121]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為一電子束，電子束可以約100 μ Gy?50KGy的劑量來放射。在電子束的此放射劑量下，可制備出平均粒子直徑約為1.3?1.9nm的納米粒子，且納米粒子的