架构纳米结构的方法_5

文档序号:8405764阅读:来源:国知局
的金属键结的介电有机材料可于其中一端包括官能团比如:硫醇基(-SH)、羧基(-C00H)、和/或胺基(-NH2),其可自发性地与包含在纳米粒子中的金属形成化学键,而于另一端包括官能团比如甲基,其不与包含在纳米粒子中的金属反应,且做为骨架,烷烃链使得均匀的介电层形成。可由烷烃链的碳数控制介电层(壳)的厚度,且介电有机材料可具有一 C3?C2tl的烧烃链。做为一例子,当施加由金属纳米粒子140及介电有机材料150所形成的层至快闪存储单元(flash memory cell)的浮动闸(floating gate)时,浮动闸中的金属纳米粒子及介电有机材料之间的重量比可约为1:0.5?10。此金属纳米粒子及介电有机材料之间的重量比可稳定地避免电流流过纳米粒子,并提供浮动闸物理的稳定性。可通过提供至具有纳米粒子形成在上的基板的介电有机材料数量,控制此金属纳米粒子及介电有机材料之间的重量比。此外,当介电有机材料自发性地与纳米粒子表面键结时,如上所述,也可通过介电有机材料的烷烃链的碳数控制此金属纳米粒子及介电有机材料之间的重量比。为了更加牢靠地固定具有介电有机材料150形成于上的纳米粒子140,可额外形成一无机氧化物层。此无机氧化物层可在没有介电有机材料的情况下,直接形成于纳米粒子上。可通过传统气相沉积法或液体浸溃法(liquiddipping method)形成无机氧化物层。请参阅图1F,其详细描述了根据本发明第一实施例的制造方法所形成的纳米结构。请参照图1F,根据本发明第一实施例的制造方法所形成的纳米结构可包括一基板110、形成于基板110之上的连接分子120A、及由与连接分子120A键结的金属离子所生长而成的金属纳米粒子140。纳米结构可进一步包括与金属纳米粒子140表面键结的一介电有机材料150。基板110可包括一表面层114,其具有能够与连接分子120A键结的官能团。表面层114可包括一氧化物层。明确的说,基板110的表面层114的非限制性例子可包括选自下组的至少一材料层,上述族群包括: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。基板110可为一可挠性基板,其可包括具有羟基(-0H)官能团的表面层。可挠性基板可包括选自下组的一种、或两种或更多种所形成之混合物,上述族群包括:聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate ;PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate ;PEN)、聚亚酸胺(polyimide ;PI)、聚碳酸酉旨(polycarbonate ;PC)、聚丙烯(polypropylene ;PP)、三乙酰基纤维素(triacetyl cellulose ;TAC)、聚醚讽(polyethersulfone ;PES)、及聚二甲基娃氧烧(polydimethylsiloxane ;PDMS)。连接分子120A可为通过自组装与基板110表面键结的有机单分子。纳米结构可包括由多个与基板110表面键结的连接分子120A所形成的连接层120。连接层120可为一自组装的单分子层,其与基板110的表面自结合(self-combined)。连接层120也可为具有选自下组的一官能团之娃烧化合物层,上述族群包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group)。连接分子120A可包括选自下组的一官能团,包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group)。每一个连接分子120A可包括与基板110表面键结的第一官能团(在图1B中以122表示),与金属离子键结的第二官能团(在图1B中以126表示),及用来将第一官能团与第二官能团彼此连接的链基(在图1B中以124表示)。金属纳米粒子140可择自下列族群,包括:金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、金属氮化物纳米粒子、金属碳化物纳米粒子、及金属间化合物(intermetallic compound)纳米粒子。可通过将金属离子与连接分子120A键结,接着生长金属离子,进而生长金属纳米粒子140。可根据金属纳米粒子140生长时的能量施加条件,进而控制金属纳米粒子140的尺寸。取决于表面活性剂的提供与否,也可在施加用来生长金属纳米粒子140的能量之前或是期间控制金属纳米粒子140的尺寸。表面活性剂可为一有机表面活性剂,且在金属纳米粒子140生长完成后,表面活性剂可留在金属纳米粒子140的表面上。根据本发明一实施例,当没有使用表面活性剂时,金属纳米粒子140的粒径可约为2.0?3.0nm。根据本发明另一实施例,当使用单一种类的表面活性剂时,金属纳米粒子140的粒径可约为1.3?1.6nm。又根据本发明另一实施例,当使用多个不同种类的表面活性剂时,金属纳米粒子140的粒径可约为0.5?1.2nm。介电有机材料150可与生长后的金属纳米粒子140的表面键结。介电有机材料150可避免电流流过金属纳米粒子140。介电有机材料150可包覆金属纳米粒子140的表面,且介电有机材料150可填充在彼此隔离配置的金属纳米粒子140之间的空隙。当在金属纳米粒子140生长前或当纳米粒子在生长时提供表面活性剂给金属离子,表面活性剂会留在金属纳米粒子140的表面。由于表面活性剂可为一介电有机材料,当纳米粒子生长完成后,如果配置好的纳米粒子因为残留的表面活性剂而与彼此绝缘,就可不需要在纳米粒子生长后再施加介电有机材料150。。虽然没有显示在附图中,可在由介电有机材料150所包覆的金属纳米粒子140之间形成一额外的介电材料。换句话说,在形成介电有机材料150后,可额外形成无机氧化物材料以更稳定地固定金属纳米粒子140。无机氧化物材料也可在没有介电有机材料150的存在下直接形成。在连接层120之上,金属纳米粒子140可与彼此分开配置以形成一单分子纳米粒子层。纳米粒子层可包括与金属纳米粒子140表面键结的介电材料层。介电材料层可包括选自下组的至少一基团,包括:有机表面活性剂、介电有机材料、及无机氧化物。根据本发明第一实施例,纳米结构可具有一垂直多堆栈(mult1-stack)结构。换句话说,纳米结构可具有一堆栈结构,其中连接层120与纳米粒子层重复并交替地堆栈。可进一步包括能够与上层连接层的连接分子键结的介电层。如果形成下层纳米粒子层的介电层具有能够与上层连接层的连接分子键结的官能团的话,就不需要形成位于下层纳米粒子层与上层连接层之间的介电层。简而言之,可基于形成纳米粒子层的介电材料种类来决定是否要形成位于下层纳米粒子层与上层连接层之间的介电层。根据本发明第二实施例的纳米结构及其制造方法图2A?2E为根据本发明的第二实施例描述纳米结构及其制造方法的剖面图。根据本发明的第二实施例,纳米结构的制造方法可包括:准备一基板210(请参照图2A),形成介电粒子支撑体(supporter) 222,其中连接分子224键结在基板210上(参照图2B),将金属离子230键结至连接分子224 (参照图2C),以及通过对金属纳米粒子240施加能量以将金属离子230改变(即,形成、还原、或生长)为金属纳米粒子240(请参照图2D)。此方法可进一步包括提供一介电有机材料给金属纳米粒子240形成在上的结构(参照图2E)。此方法也进一步可包括在施加能量前或期间,提供一或多个有机表面活性剂。图2A显不准备好的基板210。基板210可具有一表面层214。例如,基板210可为一娃基板212,其具有一氧化物层做为表面层214。基板210可为一可挠性(flexible)基板或一透明基板。当使用一可挠性基板210时,表面层214可为具有羟基(-0H)官能团的有机材料。可挠性基板的非限制性例子包括选自下组的一种、或两种或更多种所形成之混合物,包括:聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate ;PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate ;PEN)、聚亚酰胺(polyimide ;PI)、聚碳酸酯(polycarbonate ;PC)、聚丙烯(polypropylene ;PP)、三乙酸基纤维素(triacetylcellulose ;TAC)、聚醚讽(polyethersulfone ;PES)、及聚二甲基娃氧烧(polydimethylsiloxane ;PDMS)。透明基板的非限制性例子包括一玻璃基板与一透明塑料基板。基板210可为一结构,其中应用装置的所有或部分构成组件都已形成。基板210可为一晶圆、一膜、或一薄膜,且考虑到随着具有凹陷结构或三维结构的晶体管而设计的应用装置的物理形状,可纳米图案化(结构化)基板210的表面。根据本发明的第二实施例,基板210可具有与本发明第一实施例所述的参考材料及结构,且为简洁起见,这些材料及结构将不再叙述。图2B显示连接分子224所键结的介电粒子支撑体222。连接分子224所键结的介电粒子支撑体222可形成一支撑层220。位于基板210之上,连接分子224所键结的支撑层220的制造方法可包括:在将连接分子224溶解于溶剂中而得的连接分子溶液中混合介电材料,以准备支撑层材料,并在基板210上沉积支撑层材料。可通过旋转涂布法、或液体沉积法(将基板210浸溃在有支撑层材料溶解的溶液中)将支撑层材料施加在基板210上。介电粒子支撑体222可包括具有选自下组的至少一元素之氧化物,包括:金属、过渡金属、后-过渡金属(post-transit1n metals)、与类金属。介电粒子支撑体222也可包括选自下组的至少一材料,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、硅酸铪、及聚合物。连接分子224可为能够化学键结至或吸附至介电粒子支撑体222,并能够与金属离子230化学键结的有机单分子。明确的说,连接分子224可为有机单分子,其包括能够化学键结至或吸附至介电粒子支撑体222表面的第一官能团,以及能够与(后续将形成之)金属离子230化学键结的第二官能团。连接分子224也可包括用来将第一官能团与第二官能团彼此连接的链官能团(chain funct1nalgroup) 124。连接分子224可包括能够与金属离子键结的一官能团,其系选自下组,包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group)。连接分子 224 可通过多种如本发明第一实施例所述的参考方法,并由相同或相似的材料形成。图2C显示与连接分子224键结的金属离子230。金属离子230可与连接分子224的官能团键结。可通过提供金属前驱物至基板(具有连接分子形成于其上)以形成金属离子230。特别地,可通过施加一金属前驱物溶液至基板210或施加一气态金属前驱物至基板210,以形成金属离子230。在本发明的第二实施例中,将金属离子230键结至连接分子224的方法及方法中所使用的材料可如本发明第一实施例中所述的多样化。图2D显示通过施加能量并生长金属离子230而形成的金属纳米粒子240。用以形成纳米粒子所施加的能量可为一或多种择自热能、化学能、光能、振动能、离子束能、电子束能、及福射能。各种实施例可与本发明第一实施例所述相同或相似。根据本发明第二实施例的制造方法,i)可通过提供键结至或吸附至金属离子的有机表面活性剂,接着施加能量,从而控制纳米粒子的尺寸。另外,ii)可通过在施加能量期间提供键结至或吸附至金属离子的有机表面活性剂,进而在纳米粒子生长过程中控制纳米粒子的尺寸。有机表面活性剂的提供可在制造过程中视情况实施。由于有机表面活性剂是在施加能量之前或期间施加,可使用一或多种的有机表面活性剂。为了更有效抑制金属离子的转移,可使用彼此不同的一第一有机材料与一第二有机材料做为表面活性齐?。第一有机材料可为一含氮或含硫有机化合物。例如,含硫有机材料可包括:一端具有硫醇基的直链或支链碳氢化合物。在一特定实施例中,含硫有机化合物可为选自下组的一或多种,包括=HS-Cn-CH3 (η:介于2?20之一整数)、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)、异辛基硫醇(isooctylmercaptan)、叔十二烧基硫酉享(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(mercaptohexano
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