架构包含介电粒子支撑体的可挠性纳米结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明各实施例系有关于包括介电粒子支撑体(dielectric particlesupporter)的可挠性纳米结构、其制造方法、及其应用装置。
【背景技术】
[0002]纳米结构相较于传统块体(bulk)薄膜型结构具有量子限制效应(quantumconfinement effect)、霍尔-佩奇(Hall-Petch)效应、滴溶点(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
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[0003]纳米结构一般是以自上而下(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)生长法与液体生长法。汽-液-固生长法是基于一催化反应,且包括比如热化学气相沉积法(Thermal ChemicalVapor Deposit1n ;thermal_CVD)、金属有机化学气相沉积法法(Metal-Organic ChemicalVapor Deposit1n ；M0CVD)、脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposit1n ；PLD)、与原子层沉积法(Atomic Layer Deposit1n ;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)。
[0004]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，然而，这种方法因难以控制纳米粒子的尺寸，并导致存储(memory)装置的可重复性及可靠性恶化而受到限制。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。
[0005]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，将其量产的能力受限。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】
[0006]各实施例揭示可通过市售且符合成本效益的方法而快速量产的纳米结构，及其制造方法。
[0007]各实施例也揭示具有可控制尺寸之纳米粒子的纳米结构，及其制造方法。
[0008]各实施例也揭示甚至在比例经缩放的(scaled)应用装置中，也能够确保操作稳定性、再现性、及可靠性的纳米结构。
[0009]各实施例也揭示包括良好的操作稳定性、再现性、及可靠性的纳米结构的装置。
[0010]在一实施例中，纳米结构的制造方法包括:形成一可挠性基板；形成多个介电粒子支撑体(dielectric particle supporters)于可挠性基板之上,介电粒子支撑体键结有多个连接分子(linkers);形成多个金属离子于连接分子之上；以及形成一或多个金属纳米粒子于连接分子之上。
[0011]形成可挠性基板的步骤可包括:形成能够键结至连接分子的一表面层于可挠性基板的一表面上。
[0012]表面层包括具有羟基(-0H)官能团的一有机材料
[0013]可挠性基板可为一聚合物，其包括选自下组的一种、或两种或更多种所形成的一混合物，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)、三乙酰基纤维素(triacetyl cellulose ；TAC)、聚醚讽(polyethersulfone ；PES)、及聚二甲基娃氧烧(polydimethylsiloxane ；PDMS)。
[0014]形成一或多个金属纳米粒子的步骤可包括:施加能量至金属离子。
[0015]此方法可进一步包括:将一介电有机材料与一无机氧化物的至少之一键结至每一个金属纳米粒子之表面。
[0016]此方法可进一步包括:在形成一或多个金属纳米粒子之前或期间提供一或多种的有机表面活性剂。
[0017]有机表面活性剂可为一含氮有机材料或一含硫有机材料。
[0018]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；且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。
[0019]形成多个介电粒子支撑体于可挠性基板之上，介电粒子支撑体键结有多个连接分子的步骤，可包括:准备一介电粒子支撑体溶液，其由介电粒子支撑体、连接分子、及一溶剂组成；以及施加或沉积介电粒子支撑体溶液至可挠性基板或施加或沉积该介电粒子支撑体溶液于可挠性基板上。
[0020]介电粒子支撑体可包括一介电材料，其具有选自下组的至少一元素，包括:金属、过渡金属、后-过渡金属(post-transit1n metal)、及类金属。
[0021]介电粒子支撑体包括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、硅酸铪、及聚合物。
[0022]连接分子可包括选自下组的至少一官能团，包括:胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)、及硫醇基(th1l group),以与金属离子键结。
[0023]将金属离子键结至连接分子的步骤可包括:施加一金属前驱物至连接分子。
[0024]将金属离子键结至连接分子的步骤可包括:施加溶解有金属前驱物之一金属前驱物溶液至连接分子所键结的结构，或提供一气态金属前驱物至连接分子所键结的结构。
[0025]能量可为选自下组的至少一种，包括:热能、化学能、光能、振动能、离子束能、电子束能、及福射能。
[0026]可在施加能量至金属离子期间，通过提供与金属离子不同种类的一元素，并由选自下组的一形成金属纳米粒子，上述组包括: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。
[0027]能量可同时施加至所有的金属离子键结区域。
[0028]能量可选择性或间歇性地施加以维持一部分的金属离子免于被粒子化。
[0029]可调整能量的施加以控制金属纳米粒子的尺寸或密度。
【附图说明】
[0030]本发明中附图的符号简单说明
[0031]110、210 ?基板
[0032]112、212 ?硅基板
[0033]114、214 ?表面层
[0034]120?连接层
[0035]120A、224?连接分子
[0036]122、126 ?官能团
[0037]124?链基
[0038]1:30、230?金属离子
[0039]140、240?金属纳米粒子
[0040]150、250?介电有机材料
[0041]220?支撑层
[0042]222?介电粒子支撑体
[0043]图1A?IF图1A?IF为根据本发明的第一实施例显示纳米结构及其制造方法的剖面图。
[0044]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。
【具体实施方式】
[0045]此后，将根据本发明的实施例配合相应的附图详细描述单一电子晶体管及其制造方法。然而，本发明可以不同的形式实施，且不应限于此处所述之实施例。相反的，通过所提供的实施例可据以实施并完成本发明，且可充分将本发明之范畴传达给本领域技术人员。此外，附图不一定依照比例绘制，在一些情况下，比例可被放大或缩小以清楚显示实施例之特征。在本发明中，各附图或实施例中的参考数字对应于具有类似数字的部分。
[0046]应了解的是，在本发明中“上(on)”与“之上(over)”应以最广泛的方式解读，这样一来，“上(on)”不只表示“直接在上(directly on) ”，也代表在具有中间特征或层的东西“上(on)”，而“之上(over)”也不只表示直接在上(directly on)，也可代表在具有中间特征或层的东西“上(on)”。还应注意的是，在本说明书中，组件之“连接(connected)/耦合(coupled) ”不只代表直接与另一组件耦合，也代表通过中间组件与另一组件间接耦合。此外，只要没有特别提及，单数形式可包括多数形式，反之亦然。
[0047]除非特别说明，此处使用的所有用语，包括技术或科学用语，具有如本领域技术人员所了解的相同意义。在以下的叙述中，当可能使本发明之专利目标不清楚时，将省略已知功能和构造的详细描述。
[0048]本发明第一实施例的纳米结构及其制造方法
[0049]图1A?IF根据本发明的第一实施例显示纳米结构及其制造方法的剖面图。
[0050]根据本发明的第一实施例，纳米结构之制造方法可包括:准备一基板110(参照图1A);将连接分子120A键结至基板110(参照图1B);将金属离子130键结至连接分子120A(参照图1C与图1D);以及通过施加能量以将金属离子130形成(B卩，生长或还原)为金属纳米粒子140 (参照图1E)。纳米结构之制造方法进一步可包括提供一介电有机材料150至包括金属纳米粒子140的基板(参照图1F)。纳米结构之制造方法甚至进一步可包括在施加能量之前或期间提供一或多种的有机表面活性剂。
[0051]图1A显不准备好的基板110。参照图1A,基板110可具有一表面层114,其具有能够与连接分子键结之一官能团。例如，基板110可为一娃基板112,其具有一二氧化娃(S12)层做为表面层114。
[0052]基板110可为一半导体基板、一透明基板、或一可挠性(flexible)基板。基板110的材料、结构、和形状可根据其应用装置而不同。基板HO也可做为应用装置构成组件的物理支撑，或者，基板I1可为构成组件的原料(raw material)。
[0053]可挠性基板的非限制性例子包括:由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)、与聚二甲基娃氧烧(polydimethylsiloxane ;PDMS)、或前述的混合物所形成的可挠性聚合物基板。当使用一可挠性基板时，基板的表面层114可由具有能够与连接分子键结的官能团(例如:-0H官能团)的有机材料形成。
[0054]当使用一半导体基板时，基板可为有机半导体、无机半导体、或前述的堆栈结构。
[0055]无机半导体基板的非限制性例子包括选自下组的材料，包括:第4族半导体，包括硅(Si)、锗(Ge)、与硅化锗(SiGe);第3?5族半导体，包括砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、与磷化镓(GaP);第2?6族半导体，包括硫化镉(CdS)与碲化锌(ZnTe);第4?6族半导体，包括硫化铅(PbS);以及由选自这些材料的不同材料所形成的二层或更多层的堆栈层。以结晶学(crystallography)的角度来说,无机半导体基板可为一单晶材料、多晶材料、非晶形(amorphous)材料、或结晶材料与非晶形材料的混合物。当无机半导体基板为两层或更多层所堆栈成的堆栈基板时，每一层可为一单晶材料、多晶材料、非晶形(amorphous)材料、或结晶材料与非晶形材料之混合物。
[0056]更明确的说，无机半导体基板可为包括一晶圆的半导体基板，比如硅(Si)基板112、具有表面氧化层的硅基板、或包括一晶圆之绝缘层硅(SOI)基板。
[0057]当使用有机半导体基板时，有机半导体可为一般有机晶体管、有机太阳能电池、与有机发光二极管(OLED)领域中所使用的η-型有机半导体或P-型有机半导体。有机半导体的非限制性例子包括:富勒烯衍生物(fullerene-derivatives),比如铜酞菁(copper-phthalocyanine ;CuPc)、聚(3_ 己烧基噻吩)(poly (3-hexylth1phene) ;P3HT)、并五苯(pentacene)、亚酞菁(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)与(6，6)-苯基-C70-丁酸甲酯([6,