端包括官能團(tuán)比如:硫醇基(-SH)、羧基(-C00H)、和/或胺基(-NH2)，其可自發(fā)性地與包含在納米粒子中的金屬形成化學(xué)鍵，而于另一端包括官能團(tuán)比如甲基，其不與包含在納米粒子中的金屬反應(yīng)，且做為骨架，烷烴鏈?zhǔn)沟镁鶆虻慕殡妼有纬?。可由烷烴鏈的碳數(shù)控制介電層(殼)的厚度，且介電有機(jī)材料可具有一 C3?C20的烷烴鏈。
[0144]做為一例子，當(dāng)施加由金屬納米粒子140及介電有機(jī)材料150所形成的層至閃速存儲(chǔ)單元(flash memory cell)的浮柵(floating gate)時(shí),浮柵中的金屬納米粒子及介電有機(jī)材料之間的重量比可約為1:0.5?10。此金屬納米粒子及介電有機(jī)材料之間的重量比可穩(wěn)定地避免電流流過納米粒子，并提供浮柵物理的穩(wěn)定性?？赏ㄟ^提供至具有納米粒子形成在上的基板的介電有機(jī)材料數(shù)量，控制此金屬納米粒子及介電有機(jī)材料之間的重量比。此外，當(dāng)介電有機(jī)材料自發(fā)性地與存在于納米粒子表面的金屬原子鍵結(jié)時(shí)，如上所述，也可通過介電有機(jī)材料的烷烴鏈的碳數(shù)控制此金屬納米粒子及介電有機(jī)材料之間的重量比。
[0145]為了更加牢靠地固定具有介電有機(jī)材料150形成于上的納米粒子140，可額外形成一無機(jī)氧化物層。此無機(jī)氧化物層可在沒有介電有機(jī)材料的情況下，直接形成于納米粒子上?？赏ㄟ^傳統(tǒng)氣相沉積法或液體浸潰法(liquid dipping method)形成無機(jī)氧化物層。
[0146]請(qǐng)參閱圖1F，其詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造方法所形成的納米結(jié)構(gòu)。
[0147]請(qǐng)參照?qǐng)D1F，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造方法所形成的納米結(jié)構(gòu)可包括一基板110、形成于基板110之上的連接分子120A、及由與連接分子120A鍵結(jié)的金屬離子所生長而成的金屬納米粒子140。納米結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括與金屬納米粒子140表面鍵結(jié)的一介電有機(jī)材料150。
[0148]基板110可包括一表面層114，其具有能夠與連接分子120A鍵結(jié)的官能團(tuán)。表面層114可包括一氧化物層。明確的說，基板110的表面層114的非限制性例子可包括選自下組的至少一材料層，上述族群包括:硅氧化物、鉿氧化物、鋁氧化物、鋯氧化物、鋇-鈦復(fù)合氧化物、釔氧化物、鎢氧化物、鉭氧化物、鋅氧化物、鈦氧化物、錫氧化物、鋇-鋯復(fù)合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅酸鋯、及硅酸鉿。
[0149]基板110可為一可撓性基板，其可包括具有羥基(-0H)官能團(tuán)的表面層?？蓳闲曰蹇砂ㄟx自下組的一種、或兩種或更多種所形成之混合物，上述組包括:聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate ;PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate ；PEN)、聚亞酰胺(polyimide ；PI)、聚碳酸酯(polycarbonate ；PC)、聚丙烯(polypropylene ；PP)、三乙酰基纖維素(triacetyl cellulose ；TAC)、聚醚砜(polyethersulfone ;PES)、及聚二甲基娃氧燒(polydimethyl si loxane ;PDMS)。
[0150]連接分子120A可為通過自組裝與基板110表面鍵結(jié)的有機(jī)單分子。納米結(jié)構(gòu)可包括由多個(gè)與基板110表面鍵結(jié)的連接分子120A所形成的連接層120。連接層120可為一自組裝的單分子層，其與基板110的表面自我結(jié)合(self-combined)。連接層120也可為具有選自下組的一官能團(tuán)之娃燒化合物層，上述族群包括:胺基(amine group)、羧基(carboxylgroup)、及硫醇基(th1l group)。連接分子120A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)。每一個(gè)連接分子 120A可包括與基板110表面鍵結(jié)的第一官能團(tuán)(在圖1B中以122表示)，與金屬離子鍵結(jié)的第二官能團(tuán)(在圖1B中以126表示)，及用來將第一官能團(tuán)與第二官能團(tuán)彼此連接的鏈基(在圖1B中以124表示)。
[0151]金屬納米粒子140可擇自下列族群,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。可通過將金屬離子與連接分子120A鍵結(jié)，接著生長金屬離子，進(jìn)而生長金屬納米粒子140。
[0152]可根據(jù)金屬納米粒子140生長時(shí)的能量施加條件,進(jìn)而控制金屬納米粒子140的尺寸。取決于表面活性劑的提供與否，也可在施加用來生長金屬納米粒子140的能量之前或是期間控制金屬納米粒子140的尺寸。表面活性劑可為一有機(jī)表面活性劑，且在金屬納米粒子140生長完成后，表面活性劑可留在金屬納米粒子140的表面上。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，當(dāng)沒有使用表面活性劑時(shí)，金屬納米粒子140的粒徑可約為2.0?3.0nm。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，當(dāng)使用單一的表面活性劑時(shí)，金屬納米粒子140的粒徑可約為1.3?1.6nm。又根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，當(dāng)使用多個(gè)不同種類的表面活性劑時(shí)，金屬納米粒子140的粒徑可約為0.5?1.2nm。
[0153]介電有機(jī)材料150可與生長后的金屬納米粒子140的表面鍵結(jié)。介電有機(jī)材料150可避免電流流過金屬納米粒子140。介電有機(jī)材料150可包覆金屬納米粒子140的表面，且介電有機(jī)材料150可填充在彼此隔離配置的金屬納米粒子140之間的空隙。當(dāng)在金屬納米粒子140生長(即，還原或形成)前或當(dāng)納米粒子在生長時(shí)提供表面活性劑給金屬離子，表面活性劑會(huì)留在金屬納米粒子140的表面。由于表面活性劑可為一介電有機(jī)材料，當(dāng)納米粒子生長完成后，如果配置好的納米粒子因?yàn)闅埩舻谋砻婊钚詣┒c彼此絕緣，就可不需要在納米粒子生長完成后再添加介電有機(jī)材料150。
[0154]雖然沒有顯示在附圖中，可在由介電有機(jī)材料150所包覆的金屬納米粒子140之間形成一額外的介電材料。換句話說，在形成介電有機(jī)材料150后,可額外形成無機(jī)氧化物材料以更穩(wěn)定地固定金屬納米粒子140。無機(jī)氧化物材料也可在沒有介電有機(jī)材料150的存在下直接形成。
[0155]在連接層120之上，金屬納米粒子140可與彼此分開配置以形成一單分子納米粒子層。納米粒子層可包括與金屬納米粒子140表面鍵結(jié)的介電材料層。介電材料層可包括選自下組的至少一基團(tuán)，包括:有機(jī)表面活性劑、介電有機(jī)材料、及無機(jī)氧化物。
[0156]根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例,納米結(jié)構(gòu)可具有一垂直多堆棧(mult1-stack)結(jié)構(gòu)。換句話說，納米結(jié)構(gòu)可具有一堆棧結(jié)構(gòu)，其中連接層120與納米粒子層重復(fù)并交替地堆棧。可進(jìn)一步包括能夠與上層連接層的連接分子鍵結(jié)的介電層。如果形成下層納米粒子層的介電層具有能夠與上層連接層的連接分子鍵結(jié)的官能團(tuán)的話，之后就不需要形成位于下層納米粒子層與上層連接層之間的介電層。簡而言之，可基于形成納米粒子層的介電材料種類來決定是否要形成位于下層納米粒子層與上層連接層之間的介電層。
[0157]根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的納米結(jié)構(gòu)及其制造方法
[0158]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。
[0159]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，納米結(jié)構(gòu)的制造方法可包括:準(zhǔn)備一基板210 (請(qǐng)參照?qǐng)D2A)，形成介電粒子支撐體(supporter) 222，其中連接分子224鍵結(jié)在基板210上(參照?qǐng)D2B)，將金屬離子230鍵結(jié)至連接分子224 (參照?qǐng)D2C)，以及通過對(duì)金屬納米粒子240施加能量以將金屬離子230改變(B卩，形成、還原、或生長)為金屬納米粒子240 (請(qǐng)參照?qǐng)D2D)。此方法可進(jìn)一步包括提供一介電有機(jī)材料給金屬納米粒子240形成在上的結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D2E)。此方法也進(jìn)一步可包括在施加能量前或期間，提供一或多個(gè)有機(jī)表面活性劑。
[0160]圖2A顯不準(zhǔn)備好的基板210。基板210可具有一表面層214。例如，基板210可為一娃基板212,其具有一氧化物層做為表面層214。
[0161]基板210可為一可撓性(flexible)基板或一透明基板。當(dāng)使用一可撓性基板210時(shí)，表面層214可為具有羥基(-0H)官能團(tuán)的有機(jī)材料。
[0162]可撓性基板的非限制性例子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)。透明基板的非限制性例子包括一玻璃基板與一透明塑料基板。
[0163]基板210可為一結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用裝置的所有或部分構(gòu)成組件都已形成?；?10可為一晶圓、一膜、或一薄膜，且考慮到隨著具有凹陷結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)的晶體管而設(shè)計(jì)的應(yīng)用裝置的物理形狀，可納米圖案化(結(jié)構(gòu)化)基板210的表面。
[0164]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，基板210可具有與本發(fā)明第一實(shí)施例所述的參考材料及結(jié)構(gòu)，且為簡潔起見，這些材料及結(jié)構(gòu)將不再敘述。
[0165]圖2B顯示連接分子224所鍵結(jié)的介電粒子支撐體222。連接分子224所鍵結(jié)的介電粒子支撐體222可形成一支撐層220。
[0166]位于基板210之上，連接分子224所鍵結(jié)的支撐層220的制造方法可包括:在將連接分子224溶解在溶劑中而得的連接分子溶液中混合介電材料，以準(zhǔn)備支撐層材料，并在基板210上沉積支撐層材料?？赏ㄟ^旋轉(zhuǎn)涂布法、或液體沉積法(將基板210浸潰在有支撐層材料溶解的溶液中)將支撐層材料施加在基板210上。
[0167]介電粒子支撐體222可包括具有選自下組的至少一元素之氧化物，包括:金屬、過渡金屬、后-過渡金屬(post-transit1n metals)、與類金屬。介電粒子支撐體222也可包括選自下組的至少一材料，包括:硅氧化物、鉿氧化物、鋁氧化物、鋯氧化物、鋇-鈦復(fù)合氧化物、釔氧化物、鎢氧化物、鉭氧化物、鋅氧化物、鈦氧化物、錫氧化物、鋇-鋯復(fù)合氧化物、
氮化硅、氮氧化硅、硅酸鋯、硅酸鉿、及聚合物。
[0168]連接分子224可為能夠化學(xué)鍵結(jié)至或吸附至介電粒子支撐體222，并能夠與金屬離子230化學(xué)鍵結(jié)的有機(jī)單分子。明確的說，連接分子224可為有機(jī)單分子，其包括能夠化學(xué)鍵結(jié)至或吸附至介電粒子支撐體222表面的第一官能團(tuán)，以及能夠與(后續(xù)將形成之)金屬離子230化學(xué)鍵結(jié)的第二官能團(tuán)。連接分子224也可包括用來將第一官能團(tuán)與第二官能團(tuán)彼此連接的鏈官能團(tuán)(chain funct1nal group) 124。連接分子224可包括能夠與金屬離子鍵結(jié)的一官能團(tuán)，其系選自于下組的，包括:胺基(amine group)、羧基(carboxylgroup)、及硫醇基(th1l group)。連接分子224可通過多種如本發(fā)明第一實(shí)施例所述之參考方法，并由相同或相似的材料形成。
[0169]圖2C顯不與連接分子224鍵結(jié)的金屬尚子230。金屬尚子230可與連接分子224的官能團(tuán)鍵結(jié)?？赏ㄟ^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230。特別地，可通過施加一金屬前驅(qū)物溶液至基板210或施加一氣態(tài)金屬前驅(qū)物至基板210，以形成金屬離子230。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，將金屬離子230鍵結(jié)至連接分子224的方法及方法中所使用的材料可如本發(fā)明第一實(shí)施例中所述的多樣化。
[0170]圖2D顯示通過施加能量并生長金屬離子230而形成的金屬納米粒子240。用以形成納米粒子所施加的能量可為一或多種選自熱能、化學(xué)能、光能、振動(dòng)能、離子束能、電子束能、及輻射能。各種實(shí)施例可與本發(fā)明第一實(shí)施例所述相同或相似。
[0171]根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制造方法，i)可通過提供鍵結(jié)至或吸附至金屬離子的有機(jī)表面活性劑，接著施加能量，從而控制納米粒子的尺寸。另外，ii)可通過在施加能量期間提供鍵結(jié)至或吸附至金屬離子的有機(jī)表面活性劑，進(jìn)而在納米粒子生長過程中控制納米粒子的尺寸。有機(jī)表面活性劑的提供可在制造過程中視情況實(shí)施。由于有機(jī)表面活性劑是在施加能量之前或期間施加，可使用一或多種的有機(jī)表面活性劑。
[0172]為了更有效抑制金屬離子的轉(zhuǎn)移，可使用彼此不同的一第一有機(jī)材料與一第二有機(jī)材料做為表面活性劑。
[0173]第一有機(jī)材料可為一含氮或含硫有機(jī)化合物。例如，含硫有機(jī)材料可包括:一端具有硫醇基的直鏈或支鏈碳?xì)浠衔?。在一特定?shí)施例中，含硫有機(jī)化合物可為選自下組的一或多種，包括:HS-Cn-CH3(n:介于2?20之一整數(shù))、正十二烷基硫醇(n-dodecylmercaptan)、甲基硫醇(methyl mercaptan)、乙基硫醇(ethyl mercaptan)、丁基硫醇(butyl mercaptan)、乙基己基硫醇(ethylhexyl mercaptan)、異辛基硫醇(isooctylmercaptan)、叔十二燒基硫酉享(tert-dodecyl mercaptan)、硫代乙酸(th1glycolaceticacid)、疏基丙酸(mercaptoprop 1nic acid)、疏基乙醇(mercaptoethanol)、疏基丙醇(mercaptopropanol)、疏基丁酉享(mercaptobutanol)、疏基己酉享(mercaptohexanol)、及辛硫乙二醇酯(octyl th1glycolate)。
[0174]第二有機(jī)材