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113?1015/cm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.2 X 114?20X1014/cm2。
[0121]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為電子束，電子束可以約I μ Gy?1KGy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0.5?1.2nm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113?1015/cm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.2 X 114?30X 1014/cm2。
[0122]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為一熱能，可在還原氣氛中、約100?500°C下進(jìn)行一熱處理約0.5?2小時(shí)，或提供一還原劑至與連接分子鍵結(jié)的金屬離子，并在一惰性氣體氣氛中、約200?400°C下進(jìn)行一熱處理約0.5?2小時(shí)以制備平均半徑約為2?3nm的納米粒子。所制備的納米粒子的粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviat1n)可約為±20%或更少。所制備的納米粒子的密度(每單位面積的納米粒子數(shù)目)范圍可約為113?11Vcm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.1XlO14-1OX 11Vcm2。
[0123]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為一熱能，可在還原氣氛中、約200?400°C下進(jìn)行一熱處理約0.5?2小時(shí)，或提供一還原劑至與連接分子鍵結(jié)的金屬離子，并在一惰性氣體氣氛中、約100?300°C下進(jìn)行一熱處理約0.5?2小時(shí)以制備平均半徑約為1.3?1.9nm的納米粒子。所制備的納米粒子的粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviat1n)可約為±20%或更少。所制備的納米粒子的密度(每單位面積的納米粒子數(shù)目)范圍可約為113?1015/cm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.2 X 114?20X1014/cm2。
[0124]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所應(yīng)用的能量為一熱能，可在還原氣氛中、約200?400°C下進(jìn)行一熱處理約0.2?I小時(shí)，或提供一還原劑至與連接分子鍵結(jié)的金屬離子，并在一惰性氣體氣氛中、約100?300°C下進(jìn)行一熱處理約0.2?I小時(shí)以制備平均半徑約為0.5?1.2nm的納米粒子。所制備的納米粒子的粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviat1n)可約為±20%或更少。所制備的納米粒子的密度(每單位面積的納米粒子數(shù)目)范圍可約為113?1015/cm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為可介于約0.2 X 114?30 X 1014/cm2。
[0125]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為化學(xué)能時(shí)，可在反應(yīng)溫度約20?40°C下，通過還原劑持續(xù)進(jìn)行一化學(xué)反應(yīng)約0.5?2小時(shí)以制備平均粒徑約為2?3nm的納米粒子。所制備的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113?1015/cm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.1 X 114?10X1014/cm2。
[0126]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為化學(xué)能時(shí)，可在反應(yīng)溫度約-25?5°C下，通過還原劑持續(xù)進(jìn)行一化學(xué)反應(yīng)約0.5?2小時(shí)以制備平均粒徑約為1.3?1.9nm的納米粒子。所制備的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113?11Vcm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.2 X 114?20X 1014/cm2。
[0127]根據(jù)另一實(shí)施例，當(dāng)所施加的能量為化學(xué)能時(shí)，可在反應(yīng)溫度約-25?5°C下，通過還原劑持續(xù)進(jìn)行一化學(xué)反應(yīng)約0.2?I小時(shí)以制備平均粒徑約為0.5?1.2nm的納米粒子。所制備的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113?11Vcm2，更確切地，納米粒子密度的范圍可約為0.2 X 114?30X 1014/cm2。
[0128]如上所述，可在還原氣氛中通過施加熱能和/或化學(xué)能而生長納米粒子。當(dāng)在一還原氣氛中施加熱能時(shí)，還原氣氛可包括氫氣。在一特定的實(shí)施例中，還原氣氛可為包括約I?5%的氫氣的惰性氣體。若要提供均勻的還原，可在還原氣體流動的氣氛中施加熱能。在一特定的實(shí)施例中，氣氛中的還原氣體流動速率可約為10?100cc/min。當(dāng)依序施加化學(xué)能及熱能時(shí)，可將還原劑與金屬離子接觸，接著在惰性氣氛中施加熱能。還原劑可為任何能將金屬離子還原為金屬的化合物。當(dāng)通過添加還原劑而施加化學(xué)能時(shí)，也可通過還原反應(yīng)形成過渡金屬納米粒子。當(dāng)通過還原反應(yīng)由金屬離子形成納米粒子時(shí)，應(yīng)在信道區(qū)域各處快速且均勻地發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此可形成具有更均勻尺寸的過渡金屬粒子?？墒褂靡粡?qiáng)還原劑，且在一較佳實(shí)施例中，還原劑可為NaBH4、KBH4, N2H4H2O, N2H4, LiAlH4, HCHO, CH3CHO,或前述兩種或更多種的混合物。還有，施加化學(xué)能時(shí)，在使用強(qiáng)還原劑(如上所述)的情況下，可通過調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的溫度及控制成核速率與粒子的生長而控制納米粒子的尺寸?？赏ㄟ^施加一還原劑的溶液至金屬離子鍵結(jié)區(qū)域、以還原劑的溶液浸潰基板、或通過提供氣態(tài)還原劑至基板，從而達(dá)成與連接分子鍵結(jié)的金屬離子與還原劑之間的接觸。在一特定非限制性的實(shí)施例中，還原劑和金屬離子之間的接觸可在室溫下進(jìn)行約I?12小時(shí)。
[0129]如上所述，可通過一或多種擇自所施加能量的種類、大小、及長短等因素，而控制過渡金屬納米粒子的成核與生長。
[0130]同時(shí)，通過在施加能量以將金屬納米粒子改變?yōu)榻饘倩衔锛{米粒子時(shí)或之后，提供一異質(zhì)(heterogeneous)的原子來源，不只可制備出金屬納米粒子，也可制備出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。
[0131]根據(jù)本發(fā)明一實(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，進(jìn)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。相較于在施加能量之前或期間施加單一的有機(jī)表面活性劑，可使用多個(gè)有機(jī)表面活性劑。
[0132]為了更加有效地抑制金屬離子的大量轉(zhuǎn)移，可使用彼此不同的第一有機(jī)材料與第二有機(jī)材料做為表面活性劑。
[0133]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 (η: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)、叔十二燒基硫醇(tert-dodecyl mercaptan)、硫代乙醇酸(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)、及辛基酯硫代乙醇酸(octyl th1glycolate)。
[0134]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)化合物，例如，季銨鹽或鱗鹽。更確切的說，第二有機(jī)表面活性劑可為選自下組的一或多種，包括:四辛基溴化銨(tetraoctylammonium bromide)、四乙銨基(tetraethylammonium)、四正丁基溴化銨(tetra-n-butylammonium bromide)、四甲基氯化銨(tetramethylammoniumchloride)、及四丁基氟化銨(tetrabuty lammonium fluoride)。
[0135]在施加能量之前或期間所使用的有機(jī)表面活性劑可鍵結(jié)至或吸附至金屬離子的核或與連接分子鍵結(jié)的金屬離子上，且可通過此鍵結(jié)至或吸附至金屬離子的有機(jī)表面活性齊?，進(jìn)而控制通過能量施加而進(jìn)行的納米粒子成核及生長。此有機(jī)表面活性劑使得于能量施加期間，得以抑制金屬離子的大量轉(zhuǎn)移，并因此形成更均勻且更微小的納米粒子。相較于金屬離子進(jìn)行擴(kuò)散以參與成核及生長，由于金屬離子與有機(jī)表面活性劑鍵結(jié)，因此需要更高的活化能，或者，有機(jī)表面活性劑物理性地抑制了這些金屬離子的擴(kuò)散。因此，可使得金屬原子(離子)的擴(kuò)散變慢且可降低參與在核生長的金屬原子(離子)數(shù)量。
[0136]在有機(jī)表面活性劑存在的情況下，施加能量的工藝可包括:在施加能量之前，先施加一有機(jī)表面活性劑的溶液至信道區(qū)域(即，通過連接分子而具有金屬離子鍵結(jié)的基板表面)，或提供氣態(tài)的有機(jī)表面活性劑至信道區(qū)域?；蛘?，施加能量的工藝可包括，在施加能量的同時(shí)，施加有機(jī)表面活性劑溶液至具有金屬離子形成在內(nèi)的信道區(qū)域，或是提供氣態(tài)有機(jī)材料至信道區(qū)域以將有機(jī)表面活性劑鍵結(jié)至或吸附至金屬核?；蛘?，施加能量的工藝可包括:在施加能量期間，施加一有機(jī)表面活性劑的溶液至具有金屬離子形成在內(nèi)的信道區(qū)域，或是提供氣態(tài)有機(jī)材料至信道區(qū)域以將有機(jī)表面活性劑鍵結(jié)至或吸附至金屬核。或者，施加能量的工藝可包括:在施加能量一段預(yù)定期間后，暫停施加能量，施加一有機(jī)表面活性劑的溶液至具有金屬離子形成在內(nèi)的信道區(qū)域，或是提供氣態(tài)有機(jī)材料至信道區(qū)域以將有機(jī)表面活性劑鍵結(jié)至或吸附至金屬核，接著再重新施加能量。
[0137]在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造方法中，可施加能量至具有金屬離子鍵結(jié)的整個(gè)區(qū)域或一部分區(qū)域。當(dāng)施加能量至一部份的區(qū)域時(shí)，能量可以點(diǎn)狀、線型、或一預(yù)定平面形狀放射。在一非限制性的實(shí)施例中，當(dāng)整個(gè)金屬離子鍵結(jié)區(qū)域可被掃描時(shí)，能量可以點(diǎn)狀施加(放射)。施加能量至金屬離子鍵結(jié)區(qū)域的一部份，不只可包括當(dāng)金屬離子鍵結(jié)區(qū)域可全面被掃瞄時(shí)，以點(diǎn)狀、線型、或平面形狀放射能量，還包括只施加(放射)能量至金屬離子鍵結(jié)區(qū)域的一部份。如上所述，可通過施加能量至信道區(qū)域的一部份以形成納米粒子的圖案。換句話說，施加(放射)能量至信道區(qū)域的一部份得以形成納米粒子圖案。
[0138]圖1F顯示通過施加能量生長與金屬納米粒子140鍵結(jié)的介電有機(jī)材料150。介電有機(jī)材料150可處于包覆金屬納米粒子140表面或是填充金屬納米粒子140之間空隙的狀態(tài)。介電有機(jī)材料150可提供納米粒子之間的隔離以更加可靠地避免納米粒子之間的電流流動。
[0139]若在前述動作中已提供了足量的有機(jī)表面活性劑，亦即，如果在能量施加之前或期間所施加的有機(jī)表面活性劑留在生長中的納米粒子表面上提供了生長中納米離子之間充分的隔離，則不需要添加介電有機(jī)材料150至生長中的納米粒子140的表面。換句話說，由于是否要在施加能量之前或期間使用有機(jī)材料(或有機(jī)材料的提供或有機(jī)材料的種類等)是取決于將形成的納米粒子尺寸，在納米粒子140生長之后，介電有機(jī)材料150的形成是選擇性的(opt1nal)。
[0140]可通過施加介電有機(jī)材料的溶液至由能量施加而形成的納米粒子層而提供介電有機(jī)材料150，接著干燥施加的溶液，從而使介電有機(jī)材料填充至納米粒子之間的空隙。據(jù)此，可提供一種結(jié)構(gòu)，其中納米粒子內(nèi)埋在由介電有機(jī)材料所形成的介電基質(zhì)中。本發(fā)明所使用的介電有機(jī)材料可為任何用于形成傳統(tǒng)有機(jī)系(organic-based)電子裝置的傳統(tǒng)介電材料。介電有機(jī)材料的特定例子包括，但不限于:苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene ;BCB)、丙烯酸化合物(acrylic compounds)、聚亞酸胺(polyimide)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate ;PMMA)、聚丙烯(polypropylene)、氟化化合物(f luorinated compounds)(例如，CYTOPTM)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯基苯酌.(polyvinyl phenol)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚對二甲苯(poly-p-xylylene)、氰基支鏈淀粉(cyanopullulan ;CYMM)、及聚甲基苯乙烯(polymethylstyrene)。
[0141]介電有機(jī)材料150可為自發(fā)性與金屬鍵結(jié)的物質(zhì)。換句話說，經(jīng)由施加能量而形成納米粒子之后，介電有機(jī)材料可通過施加一介電有機(jī)材料溶液至信道區(qū)域，此介電有機(jī)材料溶液會自發(fā)性地和以連接分子與基板鍵結(jié)的金屬離子的金屬鍵結(jié)；或是通過施加氣態(tài)介電有機(jī)材料至信道區(qū)域，從而形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合物納米粒子，核-殼結(jié)構(gòu)包括納米粒子核心與介電殼，從而與納米粒子的金屬(即，通過連接分子與基板連結(jié)之金屬離子的金屬)鍵結(jié)。根據(jù)此方法，可在微小的納米粒子上形成非常均勻的介電層，且可確保納米粒子之間更可靠的隔離。
[0142]本發(fā)明所使用的介電有機(jī)材料150可為具有與包含在納米粒子中的金屬鍵結(jié)的官能團(tuán)的任何介電材料。在一特定實(shí)施例中，自發(fā)性與包含在納米粒子中的金屬鍵結(jié)的介電有機(jī)材料可于其中一端包括官能團(tuán)比如:硫醇基