架構(gòu)包含介電粒子支撐體的納米構(gòu)造的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明各實施例系有關(guān)于包括介電粒子支撐體(dielectric particlesupporter)的納米結(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)具有量子限制效應(yīng)(quantumconfinement effect)、霍爾-佩奇(Hall-Petch)效應(yīng)、滴溶點(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。因此，納米結(jié)構(gòu)被應(yīng)用至化學(xué)電池、太陽能電池、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)一般是以自上而下(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)生長法與液體生長法。汽-液-固生長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 ChemicalVapor Deposit1n ;thermal_CVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積法法(Metal-Organic ChemicalVapor Deposit1n ；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，這種方法因難以控制納米粒子的尺寸，并導(dǎo)致存儲(memory)裝置的可重復(fù)性及可靠性惡化而受到限制。換句話說，通過簡單地將納米粒子連接至基板的方法來制造納米結(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)生顯著的進展。
[0005]為了克服此限制，可通過自上而下(top-down)法比如微影工藝來制備納米粒子。然而，因為使用自上而下(top-down)法需要高端(high-end)的微影設(shè)備，因此需要對設(shè)備進行大量的投資。而且，由于工藝相當(dāng)?shù)貜?fù)雜，將其量產(chǎn)的能力受限。還有，雖然使用電子束實施蝕刻工藝，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]各實施例揭示可通過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]各實施例也揭示包括良好的操作穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、及可靠性的納米結(jié)構(gòu)的裝置。
[0010]在一實施例中，納米結(jié)構(gòu)的制造方法包括:形成多個介電粒子支撐體(dielectricparticle supporters)于一基板之上,介電粒子支撐體上包括多個連接分子(linkers)；形成多個金屬離子至連接分子；以及形成一或多個金屬納米粒子于連接分子之上。
[0011]形成一或多個金屬納米粒子的步驟可包括:施加能量至金屬離子。
[0012]此方法可進一步包括:將一介電有機材料與一無機氧化物的至少之一鍵結(jié)至每一個金屬納米粒子的表面。
[0013]此方法可進一步包括:在形成一或多個金屬納米粒子之前或期間提供一或多種的有機表面活性劑。
[0014]有機表面活性劑可為一含氮有機材料或一含硫有機材料。
[0015]有機表面活性劑可包括一第一有機材料及不同種類的一第二有機材料；且第一有機材料可為一含氮有機材料或一含硫有機材料，而第二有機材料可為一相轉(zhuǎn)移催化劑基(phase-transfer catalyst-based)有機材料。
[0016]形成多個介電粒子支撐體(dielectric particle supporters)于一基板之上，介電粒子支撐體上包括多個連接分子(linkers)的步驟,可包括:在一連接溶液中混和介電粒子支撐體以準(zhǔn)備一介電粒子支撐體溶液；以及施加或沉積介電粒子支撐體溶液至基板或施加或沉積該介電粒子支撐體溶液于基板上。
[0017]介電粒子支撐體可包括一介電材料，其具有選自下組的至少一元素，包括:金屬、過渡金屬、后-過渡金屬(post-transit1n metal)、與類金屬。
[0018]介電粒子支撐體包括選自下組的至少一種材料，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。
[0019]連接分子可包括選自下組的至少一官能團，包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group),以與金屬離子鍵結(jié)。
[0020]將金屬離子鍵結(jié)至連接分子的步驟可包括:施加一金屬前驅(qū)物至連接分子。
[0021]將金屬離子鍵結(jié)至連接分子的步驟可包括:施加一金屬前驅(qū)物溶液至連接分子所鍵結(jié)的結(jié)構(gòu)，或提供一氣態(tài)金屬前驅(qū)物至連接分子所鍵結(jié)的結(jié)構(gòu)。
[0022]能量可為選自下組的一或多種，包括:熱能、化學(xué)能、光能、振動能、離子束能、電子束能、及福射能。
[0023]可在施加能量至金屬離子期間，通過提供與金屬離子不同種類的一元素，并由選自下組的一材料形成金屬納米粒子，上述組包括: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。
[0024]能量可同時施加至所有的金屬離子鍵結(jié)區(qū)域。
[0025]能量可選擇性或間歇性地施加以維持一部分的金屬離子免于被粒子化。
[0026]形成基板的步驟可包括:形成能夠鍵結(jié)連接分子的一表面層于基板的一表面上。表面層可由選自下組的一或多種形成，包括:金屬、金屬氧化物、半導(dǎo)體、及半導(dǎo)體氧化物。
[0027]可調(diào)整能量的施加以控制金屬納米粒子之尺寸或密度。
【附圖說明】
[0028]本發(fā)明中附圖的符號簡單說明:
[0029]110、210 ?基板
[0030]112、212 ?硅基板
[0031]114、214 ?表面層
[0032]120?連接層
[0033]120A、224?連接分子
[0034]122、126 ?官能團
[0035]124?鏈基
[0036]1:30、230?金屬離子
[0037]140、240?金屬納米粒子
[0038]150、250?介電有機材料
[0039]220?支撐層
[0040]222?介電粒子支撐體
[0041]圖1A?IF為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例顯示納米結(jié)構(gòu)及其制造方法的剖面圖。
[0042]圖2A?2E為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例描述納米結(jié)構(gòu)及其制造方法的剖面圖。
【具體實施方式】
[0043]此后，將根據(jù)本發(fā)明的實施例配合相應(yīng)的附圖詳細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施，且不應(yīng)限于此處所述之實施例。相反的，通過所提供的實施例可據(jù)以實施并完成本發(fā)明，且可充分將本發(fā)明之范疇傳達給本領(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施例的特征。在本發(fā)明中，各附圖或?qū)嵤├械膮⒖紨?shù)字對應(yīng)于具有類似數(shù)字的部分。
[0044]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，“上(on)”不只表示“直接在上(directly on) ”，也代表在具有中間特征或?qū)拥臇|西“上(on)”，而“之上(over) ”也不只表示直接在上(directly on)，也可代表在具有中間特征或?qū)拥臇|西“上(on)”。還應(yīng)注意的是，在本說明書中，組件之“連接(connected)/耦合(coupled) ”不只代表直接與另一組件耦合，也代表通過中間組件與另一組件間接耦合。此外，只要沒有特別提及，單數(shù)形式可包括多數(shù)形式，反之亦然。
[0045]除非特別說明，此處使用的所有用語，包括技術(shù)或科學(xué)用語，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，將省略已知功能和構(gòu)造的詳細描述。
[0046]本發(fā)明第一實施例的納米結(jié)構(gòu)及其制造方法
[0047]圖1A?IF根據(jù)本發(fā)明的第一實施例顯示納米結(jié)構(gòu)及其制造方法的剖面圖。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，納米結(jié)構(gòu)的制造方法可包括:準(zhǔn)備一基板110 (參照圖1A);將連接分子120A鍵結(jié)至基板110(參照圖1B);將金屬離子130鍵結(jié)至連接分子120A(參照圖1C與圖1D);以及通過施加能量以將金屬離子130形成(B卩，生長或還原)為金屬納米粒子140(參照圖1E)。納米結(jié)構(gòu)的制造方法進一步可包括提供一介電有機材料150至包括金屬納米粒子140的基板(參照圖1F)。納米結(jié)構(gòu)的制造方法甚至進一步可包括在施加能量之前或期間提供一或多種的有機表面活性劑。
[0049]圖1A顯不準(zhǔn)備好的基板110。參照圖1A,基板110可具有一表面層114,其具有能夠與連接分子鍵結(jié)的一官能團。例如，基板110可為一娃基板112,其具有一二氧化娃(S12)層做為表面層114。
[0050]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。基板HO也可做為應(yīng)用裝置構(gòu)成組件的物理支撐，或者，基板I1可為構(gòu)成組件的原料(raw material)。
[0051 ] 可撓性基板的非限制性例子包括:由聚對苯二甲酸乙二酯(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，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(例如:-0H官能團)的有機材料形成。
[0052]當(dāng)使用一半導(dǎo)體基板時，基板可為有機半導(dǎo)體、無機半導(dǎo)體、或前述之堆棧結(jié)構(gòu)。
[0053]無機半導(dǎo)體基板的非限制性例子包括選自下組的材料，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)的角度來說,無機半導(dǎo)體基板可為一單晶材料、多晶材料、非晶形(amorphous)材料、或結(jié)晶材料與非晶形材料的混合物。當(dāng)無機半導(dǎo)體基板為兩層或更多層所堆棧成的堆?；鍟r，每一層可為一單晶材料、多晶材料、非晶形(amorphous)材料、或結(jié)晶材料與非晶形材料的混合物。
[0054]更明確的說，無機半導(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、或包括一晶圓之絕緣層硅(SOI)基板。
[0055]當(dāng)使用有機半導(dǎo)體基板時，有機半導(dǎo)體可為一般有機晶體管、有機太陽能電池、與有機發(fā)光二極管(OLED)領(lǐng)域中所使用的η-型有機半導(dǎo)體或P-型有機半導(dǎo)體。有機半導(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 ；SubPc)、富勒烯(fulleren ；C60)、(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酉旨([6, 6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester ；PCBM)與(6，6)-苯基-C70-丁酸甲酯([6, 6]-phenyl-C70-butyric acid methyl ester ;PC70BM)、及四氟四氰基喹啉二甲燒(tetrafluorotetracyanoquinodimethane ;F4_TCNQ)。此外，這些為非限制性的例子，且本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解落入本發(fā)明的精神與范疇中的其他可能性。
[0056]基板110的表面層114可由任何具有能夠鍵結(jié)連接分子的官能團的材料形成。例如，表面層114可為一單層或堆棧了兩層或更多層的不同材料的一堆棧層。當(dāng)表面層114為一堆棧層時