应温度内由还原剂还原的化学反应来制备。该制备的纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子半径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）范围可以为大约IO13到1015/cm2。
[0151]根据另一实施例，当所施加的能量为化学能时，具有大约I. 3到I. 9nm的平均粒子直径的纳米粒子通过实施在大约O. 5到2小时内在大约-25到5°C的反应温度内由还原剂引发的化学反应来制备。该制备的纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子半径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）范围可以为大约IO13到IO15/cm2，以及更具体地，该纳米粒子密度范围可以为大约O. 2 X IO14到O. 2X10 15/cm2。
[0152]根据另一实施例，当所施加的能量为化学能时，具有大约O. 5到I. 2nm的平均粒子直径的纳米粒子通过实施在大约O. 2到I小时内在大约-25到5°C的反应温度内由还原剂引发的化学反应来制备。该制备的纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子半径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）范围可以为大约IO13到IO15/cm2，以及更具体地，该纳米粒子密度范围可以为大约O. 2 X IO14到O. 3X10 15/cm2。
[0153]如上所述，当施加热能时，存在以下三种建议的选择:在还原气体中施加热能；顺序地施加化学能和热能；或施加带有热能的化学能。当热能在还原气体中施加时，该还原气体可以包括氢气。在特定的实施例中，该还原气体可以为包含大约I到5%氢气的惰性气体。为提供均勾的还原，热能可以在还原气体流动的气氛中被施加。在特定的实施例中，该气氛可以以大约10到100cc/min的流速流动。当化学能和热能被顺序地施加时，还原剂可以与被结合到连接基团120A上的金属离子130的接触，随后在惰性气体的气氛中施加热能。该还原剂可以为将金属离子还原为金属的任何化合物。当化学能通过还原剂的添加而被施加时，纳米粒子140还可以通过还原反应形成。当纳米粒子通过还原反应由金属离子形成时，该还原反应应当迅速地发生并均匀地遍及通道区域以增加金属纳米粒子140的均匀性。可以使用强还原剂，以及在优选的实施例中，该还原剂可以为NaBH4、KBH4、N2H4H2CKN2H4, LiAlH4, HCHO, CH3CHO或其两种或多种的混合物。同样地，当施加化学能并使用如上所述的强还原剂时，纳米粒子的尺寸可以通过调整化学反应的温度以及控制成核率和纳米粒子的生长来控制。被结合到连接基团上的金属离子和还原剂之间的接触可以通过向金属离子连接区域应用还原剂溶液，或通过以还原剂溶液浸渍衬底，或通过向衬底应用气相的还原剂来完成。在具体的非限定实施例中，还原剂和金属离子之间的接触可以在室温下实施大约I到12小时。
[0154]如上所述，过渡金属纳米粒子的成核和生长可以通过以下的因素中的一个或多个来控制:施加能量的种类、大小、以及时间。
[0155]随着该方法在本申请中被公开，当能量被施加或在能量被施加以将金属纳米粒子转化为金属化合物纳米粒子之后时，能够通过提供异质原子源不仅仅制备金属纳米粒子而且制备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，或金属互化物纳米粒子。
[0156]在根据本发明的实施例的制造方法中，纳米粒子的尺寸可以通过提供被结合到金属离子上或被吸附到金属离子上的有机表面活性剂被控制，接着被施加能量。否则，纳米粒子的尺寸可以通过提供有机表面活性剂而被控制，该有机表面活性剂在施加能量时在金属离子或者正在生长的金属离子上被结合或被吸附。有机表面活性剂的提供可以在制造过程中选择性地实施。代替在能量施加之前或之中的单一有机表面活性剂，可以使用多种有机表面活性剂。
[0157]为了更有效地抑制金属离子的大量转移，彼此不同的第一有机材料和第二有机材料可以作为表面活性剂使用。
[0158]该第一有机材料可以为氮基或含硫的有机化合物。举例来说，含硫的有机材料可以包括在一个端部具有硫醇基的线型的或分支的碳氢化合物。在一个特定的示例中，含硫的有机化合物可以为选自以下群组的一个或多个化合物=HS-Cn-CH3(η:2到20范围内的整数)、η-十二烷硫醇、甲硫醇、乙硫醇、丁硫醇、乙基己基硫醇、异辛基硫醇、叔-十二烷硫醇、硫代乙二醇乙酸(th1glycolacetic acid)、巯基丙酸、巯基乙醇、硫代正丙醇、硫代正丁醇、硫代正乙醇以及辛基巯基乙酸盐。
[0159]该第二有机材料可以为相转移催化基的有机化合物，举例来说，季铵或磷盐。更具体地，该第二有机表面活性剂可以选自以下的一个或多个:四辛基溴化铵(tetraocyIyammonium)、四乙钱、四正丁基溴化钱(tetra-n-buty!ammonium)、氯化四甲钱，以及四丁胺氟化物。
[0160]在施加能量之前或期间的有机表面活性剂可以在金属离子的核上被结合或被吸附，以及由施加能量引发的纳米粒子的成核和生长可以通过在金属离子上被结合或被吸附的有机表面活性剂控制。该有机表面活性剂在施加能量的过程中抑制金属离子的大量转移从而形成更均匀和更微小的纳米粒子。由于金属离子与有机表面活性剂结合，相比于当其可以不需要表面活性剂而以其他方式扩散，该金属离子需要更高的活化能来扩散并参与成核和生长。换句话说，金属离子和/或纳米粒子的扩散被有机表面活性剂物理抑制。因此，金属原子(离子)的扩散可以被减少以及参与到每个纳米粒子增加的金属原子(离子)的数量可以减少。
[0161]在存在有机表面活性剂的情况下应用能量的方法可以包括，在能量应用之前，向通道区域应用有机表面活性剂的溶液(例如，具有由连接基团结合的金属离子的衬底表面)或向通道区域提供气态的有机表面活性剂。作为一种选择，其可以包括，随着能量的施加，向具有在其中形成的金属离子的通道区域应用有机表面活性剂溶液或向被结合到金属核或由金属核吸附的通道区域提供气态的有机材料。作为一种选择，其可以包括在施加能量时，应用有机表面活性剂的溶液至其中具有形成在其中的金属离子的通道区域，或者将在气态的有机材料提供到通道区域以将有机表面活性剂结合或者吸附到金属核。作为一种选择，其可以包括，在预定时间周期内的能量施加之后，当暂停能量的施加时，向具有在其中形成的金属离子的通道区域应用有机表面活性剂溶液或向通道区域提供气态的有机材料以结合或者吸附有机表面活性剂至金属核，接着重新施加能量。
[0162]在根据本发明的实施例的制造方法中，能量可以被施加在整个区域或金属离子被结合的部分区域中。当能量被应用到部分区域时，能量可以在一个点、线或预设的平面形状上被照射。在非限定的实施例中，能量可以在点上被施加(照射)，同时整个金属离子结合区域被扫描。向部分金属离子结合区域的能量应用可以包括在一个点上、线上或平面照射能量，同时整个金属离子结合区域被扫描，从而仅仅向部分金属离子结合区域施加(照射)能量。如上所述，纳米粒子图案(pattern)可以通过向部分通道区域施加能量而形成。换句话说，向部分通道区域的能量的施加(照射)能够形成纳米粒子图案。
[0163]图2E示出了被结合到通过能量的施加而生长的金属纳米粒子140上的电介质有机材料150。该电介质有机材料150可以覆盖金属纳米粒子140的表面或填充金属纳米粒子140之间的空隙。该电介质有机材料150可以绝缘纳米粒子以防止纳米粒子间的电流流动。
[0164]如果足够量的有机表面活性剂在先前的行为中被提供，即是说，如果在能量施加之前或之中，该有机表面活性剂在生长的纳米粒子的表面上保持以提供在生长的纳米粒子间的充分的绝缘，该电介质有机材料150不需要被加入到生长的纳米粒子140的表面。换句话说，由于依据所需要的纳米粒子的尺寸无论有机表面活性剂是否被使用(或者有机表面活性剂的数量和种类被提供)，电介质有机材料150的形成是可选择的。
[0165]电介质有机材料150的提供可以通过向纳米粒子层提供电介质有机材料溶液来实施，通过能量的施加而形成，并接着干燥所应用的溶液，从而以电介质有机材料填充纳米粒子间的间隙。这可以提供一种结构，其中，该纳米粒子被嵌入到由电介质有机材料组成的电介质基体中。用于本发明的该电介质有机材料可以为被用来在常规的有机基础的电子设备中形成电介质层的任何常规的电介质材料。电介质有机材料的特定示例包括但不限于:苯并环丁烯(BCB)、丙烯酸化合物、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯、氟化化合物(例如，CYTOPTM)、聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚-P-苯二甲基、氰基支链淀粉(cyanopuluane) (CYMM)以及聚甲基苯乙稀。
[0166]该电介质有机材料150可以为与金属自发结合的物质。换句话说，在通过施加能量形成纳米粒子之后，该电介质有机材料可以被结合到纳米粒子的金属上(例如，金属离子的金属通过连接基团被附接到衬底上)，该过程或通过向通道区域应用电解有机材料的溶液进行，该电解有机材料自发与通过连接基团附接到衬底的金属离子结合，或通过向通道区域提供气态的电介质有机材料进行，从而形成具有包括纳米粒子核和电介质壳的化合物纳米粒子。按照这个方法，非常均匀的电介质层可以在微小的纳米粒子上形成并且纳米粒子间的绝缘性被可靠地保证。
[0167]被用在本发明中的电介质有机材料150可以为具有与包含在纳米粒子中的金属结合的官能团的任何电介质材料。在特定的实施例中，由包含在纳米粒子中的金属自发结合的该电介质有机材料可以包括，在一个端部:诸如硫醇基(-SH)、羧基(-C00H)，和/或可以自发形成与包含在纳米粒子中的金属结合的化合物的胺基(-NH2),以及在另一个端部，诸如不与包含在纳米粒子中的金属反应的甲基的官能团，以及作为主链可以形成均匀的电介质层的链烷。电介质层(壳)的厚度可以由链烷的碳原子数量控制，以及该电介质有机材料可以具有C3-C2tl的链烷。
[0168]由金属纳米粒子140和电介质有机材料150组成的该层可以形成纳米浮栅。金属纳米粒子和纳米浮栅中的电介质有机材料之间的重量比可以为大约1:0.5到10。金属纳米粒子140和电介质有机材料150之间的重量比可以稳定地防止通过该纳米粒子流动的电流并提供具有物理稳定性的浮栅。纳米粒子和电介质有机材料之间的重量比可以通过被提供到具有在其中形成的纳米粒子的衬底的电介质有机材料的量来控制。另外，如上所述，当应用与存在纳米粒子140中的金属原子自发结合的电介质有机材料150时，纳米粒子140和电介质有机材料150间的重量比也可以通过电介质有机材料150的链烷的碳原子数量控制。
[0169]参考图2E，通过根据本发明的第一实施例的制造方法形成的纳米浮栅将被详细地描述。
[0170]参考图2E，根据本发明的第一实施例的纳米浮栅包括在衬底110上面形成的连接基团120A，以及从被结合到连接基团120A的金属离子130上生长的金属纳米粒子140。该纳米浮栅可以进一步包括被结合到金属纳米粒子140的表面的电介质有机材料150。
[0171]该衬底110可以包括具有适合结合到连接基团120A的官能团(未示出)的表面层 114。
[0172]该衬底110可以为柔性衬底，其可以包括具有氢氧基(-0H)官能团的表面层114。该柔性衬底可以包括选自以下基团的一个或两个或多个的混合:聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、三乙酰纤维素(TAC)、聚醚砜(PES)、以及聚二甲硅氧烷(PDMS)。
[0173]该连接基团120A可以为通过自组装被结合到衬底110的表面上的有机分子。该纳米浮栅可以包括通过结合到衬底110的连接基团120A形成的连接层120。该连接层120可以为形成在衬底110的表面上的自组装的单分子层。同样地，该连接层120可以为具有选自以下的一个官能团的硅烷化合物层:胺基、羧酸基、以及硫醇基。该连接基团120A可以包括选自以下基团的一个官能团:胺基、幾酸基、以及硫醇基。该连接基团120A的每一个可以包括被结合到衬底110的表面上的第一官能团(其在图2A中由122表示)，被结合到金属离子130的第二官能团(其在图1B中由126表示)，以及用于连接第一官能团和第二官能团的链式基团(其在图2A中由124表示)。
[0174]该金属纳米粒子140可以选自以下粒子: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、以及金属互化物纳米粒子。该金属纳米粒子140可以通过将金属离子130结合到连接基团120A并接着使该金属离子130生长而生长。
[0175]金属纳米粒子140的大小可以根据在金属纳米离子140的生长过程中的能量应用状况来控制。同样地，纳米粒子的大小可以在向金属纳米粒子140的能量施加之前或之中通过应用表面活性剂控制。该表面活性剂可以为有机表面活性剂，以及该表面活性剂可以在金属纳米粒子140的增长结束后保持在金属纳米粒子140的表面上。根据本发明的实施例，当不使用表面活性剂时，该金属纳米粒子140可以具有大约2.0到3.0nm的粒子直径。根据本发明的另一实施例，当使用单一种类的表面活性剂时，该金属纳米粒子140可以具有大约1.3到1.6nm的粒子直径。根据本发明的另一实施例，当使用多个不同种类的表面活性剂时，该金属纳米粒子140可以具有平均大约0.5到1.2nm的粒子直径。
[0176]被分隔地设置在同一平面上的金属纳米粒子140可以形成单一的纳米粒子层。如上所述，这是由于该纳米粒子层通过向金属离子130的层施加能量而形成，该金属离子130通过与连接基团的结合而在衬底上面形成。当纳米粒子层使用连接基团120A而形成时，其防止纳米粒子凝聚，极其微小的纳米粒子可以以高密度形成。
[0177]根据另一实施例，该纳米粒子层的纳米粒子可以具有大约± 20 %或更低的粒子半径标准差的大约0.5到3nm的平均粒子直径，其显示了高均匀纳米粒子尺寸分布，以及大约113到10 1Vcm2的纳米粒子密度(每单位面积的纳米粒子的数量)。
[0178]根据另一实施例，纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径范围大约为2到3nm。随着浮栅的数据存储节点可以具有大约2到3nm的平均粒子直径的非常微小的纳米粒子，在浮栅中的电荷分布可以是均衡的，其导致极好的运行稳定性和改良的寿命周期。同样地，由于该纳米粒子140通过向通过在隧穿绝缘层上的连接基团结合的该金属离子130施加能量而被制备，该金属离子130可以被归入到纳米粒子中，同时该形成的纳米粒子互相之间保持间隔。这样避免了穿过纳米粒子流动的电