[发明专利]纳米结构

说明书

技术领域

本发明各实施例系有关于纳米结构、其制造方法、及其应用装置。

背景技术

纳米结构相较于传统块体(bulk)薄膜型结构显示出比如量子限制效应(quantum confinement effect)、霍尔-佩奇(Hall-Petch)效应、滴熔点(dropping melting point)、共振效应(resonance phenomenon)、优异的载流子迁移率(carrier mobility)等特点。因此，纳米结构被应用至化学电池、太阳能电池、半导体装置、化学传感器、光电装置及其类似装置。

纳米结构是以自上而下(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)生长法与液体生长法。汽-液-固生长法是基于一催化反应，比如热化学气相沉积法(Thermal Chemical Vapor Deposition；thermal-CVD)、金属有机化学气相沉积法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)、脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition；PLD)、与原子层沉积法(Atomic Layer Deposition；ALD)。至于液体生长法，则建议使用自组装(self-assembly)技术及水热法(hydrothermal method)。

根据传统的自下而上(bottom-up)法，将事先准备好的纳米粒子连接至具有经修饰表面的基板。然而，这种方法受到纳米粒子尺寸约束及纳米尺寸分布的限制，产生存储(memory)再现性及可靠性的问题。换句话说，通过简单地将纳米粒子连接至基板的方法来制造纳米结构，看似是不可能改良内存效能，除非纳米粒子合成技术产生显著的进展。

为了克服此限制，可通过自上而下(top-down)法比如微影工艺来制备纳米粒子。然而，因为使用自上而下(top-down)法需要高端(high-end)的微影设备，因此需要对设备进行大量的投资。而且，由于工艺相当地复杂，量产能力受限。还有，虽然使用电子束实施蚀刻工艺，仍然很难将纳米粒子的尺寸维持在预定程度(predetermined level)之下。

发明内容

各实施例揭示可在短时间内通过市售且符合成本效益的方法而量产的纳米结构，及其制造方法。

各实施例也揭示具有可控制尺寸的纳米粒子的纳米结构，及其制造方法。

各实施例也揭示在比例经缩放的(scaled)应用装置中能够确保操作稳定性、再现性、及可靠性的纳米结构。

各实施例也揭示具有良好的操作稳定性、再现性、及可靠性的纳米结构的装置。

在一实施例中，纳米结构包括：一基板；多个连接分子，形成于基板之上；以及由与连接分子键结的多个金属离子所形成的至少一个金属纳米粒子。

连接分子可为通过自组装(self-assembly)与基板表面键结的有机单分子。

纳米结构可进一步包括：一或多个介电有机材料与键结至或包覆金属纳米粒子的一无机氧化物。

纳米结构可进一步包括：与金属离子或生长中的纳米粒子键结的一或多种类型的有机表面活性剂。

金属纳米粒子可具有一粒径约2.0～3.0nm。

当使用一种有机表面活性剂，此有机表面活性剂可为一含氮有机材料或一含硫有机材料，且金属纳米粒子可具有一平均粒径约1.3～1.9nm。

当使用多个有机表面活性剂，这些有机表面活性剂可包括一第一有机材料及不同种类的一第二有机材料，其中第一有机材料可为一含氮有机材料或一含硫有机材料，而第二有机材料可为一相转移催化剂基(phase-transfer catalyst-based)有机材料。金属纳米粒子可具有一粒径约0.5～1.2nm。

基板可具有能够与连接分子键结的一表面层。

表面层可为选自下组的一或多种，包括：金属、金属氧化物、半导体、及半导体氧化物。

基板可包括一表面层，其包括由选自下组的至少一种材料，包括：硅氧化物、铪氧化物、铝氧化物、锆氧化物、钡-钛复合氧化物、钇氧化物、钨氧化物、钽氧化物、锌氧化物、钛氧化物、锡氧化物、钡-锆复合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅酸锆、及硅酸铪。