流并赋予纳米粒子优越的电荷保持能力。同样地，由于该纳米粒子通过向通过在隧穿绝缘层上的连接基团120A结合的该金属离子130施加能量而被制备，该纳米粒子层的纳米粒子140具有大约±20%粒子半径标准差的大约2到3nm的平均粒子直径。这种优越的均匀性可以防止基于纳米粒子的量子限制效应使电荷自陷造成的在能量等级上的偏差。因此，该存储设备可以可靠并稳定地运行。纳米粒子层的纳米粒子的密度的范围从大约113到10 1Vcm2,以及具体地，当纳米粒子范围为大约2到3nm的平均粒子直径时，该纳米粒子密度的范围为大约0.1 X 114到10X10 14/cm2。由于该高纳米粒子密度造成了电荷自陷前和后的击穿电压的大改变，所以该存储设备可以被按比例缩小以降低能量消耗同时执行稳定并可再生的运行。举例来说，从源到漏极的通道长度范围为大约5到200nm，以及通道的宽度可以为大约5到lOOOnm，以及具体地，从大约10到500nm，以及更具体地，从大约10到200nm。由于微小的粒子尺寸和优越的均匀性，该存储设备可以适于存储超过典型的纳米浮栅存储设备两倍的电荷。
[0179]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从大约1.3到1.9nm，以及具体地，从大约1.4到1.8nm。当纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径范围从大约1.3nm到1.9nm，以及具体地从大约1.4nm到1.8nm时，程序的运行和删除操作可以通过单电荷的转换实施(其为单个电子或单个空穴)。单电荷的转换(单个电子或单个空穴)能够控制带有大约0.26V的极小电压差的电荷存储，其为有利特征。由于根据电压级别的充电操作逐步出现，不仅可以实现单个能级的电池，而且可以实现多能级的电池。换句话说，当纳米粒子范围的平均粒子直径为大约1.3到1.9nm时，或更具体地从大约1.4到1.8nm时，该充电操作逐步出现(例如，电子接着电子，或空穴接着空穴)，并且每个被加入的单独的电子或空穴可以与存储信息的附加块对应。
[0180]随着纳米粒子通过向由隧穿绝缘层上的连接基团120A结合的金属离子130施加能量而形成，纳米粒子层的纳米粒子140可以具有大约1.3到1.9nm的平均直径，以及具体地，具有大约±20%的粒子半径标准差的大约1.4到1.Snm的平均直径。这种优越的均匀性提供稳定和均匀的电荷自陷位置以使得可以执行稳定及可再生的操作。同样地，由于该纳米粒子通过向由隧穿绝缘层上的连接基团120A结合的金属离子130施加能量而形成，纳米粒子层的纳米粒子的密度范围为大约113到10 1Vcm2以及，具体地，当纳米粒子的平均粒子直径范围从大约1.3到1.9nm时，该纳米粒子密度范围为大约0.2 X 114到20 X 10 14/cm2。由于纳米粒子为高度均匀、高密度并被分隔，所以在浮栅中存储的电荷可以为均匀并稳定的，以及该浮栅可以具有优越的电荷保持特性。同样地，包括纳米粒子的该存储设备可以在低电压上操作并被按比例缩小以在不破坏其性能、使用寿命以及运行稳定性的前提下减少能量消耗。
[0181]根据另一实施例，纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径可以为大约1.2nm或更小，以及具体地，纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径可以为大约0.5到1.2nm，以及更具体地，从大约0.8到1.2nm。当纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径为大约1.2nm或更小，以及更具体地，当纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径从大约0.5nm至1.2nm，更具体地，从大约0.8到1.2nm时，在可以存在电子的电子最高电势能和不存在电子的电子最低电势能之间存在能隙。由于该能隙，潜在的窗口程序和删除操作被扩展并且该电荷保持能力和持久度被改进。
[0182]由于纳米粒子140通过向由隧穿绝缘层上的连接基团120A结合的金属离子130施加能量而形成，所以纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径可以为大约1.2nm或更小，以及具体地，纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径范围为大约0.5到1.2nm，以及更具体地，大约±20%的粒子半径标准差的从大约0.8到1.2nm的平均粒子直径范围。这种优越的均匀性提供了稳定和均匀的电荷自陷位置以使得可以实施稳定和可再生的操作。
[0183]纳米粒子层的纳米粒子的密度范围为从大约113到10 15/cm2,以及具体地，当纳米粒子的平均粒子直径为大约1.2nm或更小，以及具体地，当纳米粒子层的纳米粒子的平均粒子直径为大约0.5到1.2nm以及更具体地，为大约0.8到1.2nm时，该纳米粒子密度范围为从大约0.2 X 114到30X10 1Vcm2。这样高的纳米粒子密度在击穿电压中、电荷自陷之前或之后，引发强烈的改变，并因此该存储设备可以被按比例缩小以降低能量消耗。举例来说，从源极到漏极的通道长度范围可以为大约5到200nm，以及该通道的宽度可以为大约5到lOOOnm，以及具体地，从大约10到500nm，以及更具体地，从大约10到200nm。
[0184]该电介质有机材料150可以被结合到生长的金属纳米粒子140的表面上。该电介质有机材料150防止电流通过金属纳米粒子140流动。金属纳米粒子140的表面可以利用该电介质有机材料150涂覆，以及该电介质有机材料150可以填充彼此间隔设置的金属纳米粒子140间的空隙。当表面活性剂被提供到金属离子130时，其为金属纳米粒子140生长前的金属纳米粒子140的状态，或者在能量应用过程中的金属纳米粒子，该表面活性剂可以在金属纳米粒子140的表面上保持。由于该表面活性剂可以为电介质有机材料，所以电介质有机材料150的进一步添加可以是不需要的。同样地，虽然在附图中未示出，但是另一电介质材料可以在由电介质有机材料150涂覆的金属纳米粒子140之间形成。
[0185]金属纳米粒子140可以在连接层120上面间隔设置以形成纳米粒子层。该纳米粒子层可以包括被结合到或涂覆了金属纳米粒子表面的电介质有机材料(或有机表面活性剂)。同样地，虽然在附图中未示出，但是添加的电介质材料可以在由电介质有机材料150涂覆的金属纳米粒子140之间形成。换句话说，在电介质有机材料150形成之后，无机氧化物材料可以被附加地形成以便于更稳定地固定金属纳米粒子140。同样地，无机氧化物(未示出)材料可以不使用电介质有机材料150而直接附加地形成。
[0186]根据本发明的第一实施例的纳米浮栅可以具有垂直的多重堆叠结构。换句话说，该纳米结构可以具有连接层120和纳米粒子层被可交替地或重复地堆叠的堆叠结构。适于被结合到上部连接层的电介质层可以进一步被包含。如果形成下部纳米粒子层的该电介质材料具有适于结合到上部连接层的连接基团的官能团时，那么下部纳米粒子层和上部连接层之间的进一步的电介质层将不再需要。简言之，是否形成下部纳米粒子层和上部连接层之间的电介质层可以基于形成纳米粒子层的电介质材料的种类而确定。
_7]【根据本发明的第二实施例的改进的纳米浮栅和形成该纳米浮栅的方法】
[0188]图3A到3D为描述根据本发明的第二实施例形成纳米浮栅的方法的剖视图。
[0189]用于根据本发明的第二实施例制造纳米浮栅的方法可以包括形成结合到衬底210的表面上的连接基团224的电介质材料粒子载体222 (参见图3A)，向连接基团224结合金属离子230 (参见图3B)，以及通过向金属纳米粒子240施加能量将金属离子230转化为金属纳米离子240 (参见图3C)。同样地，该方法可以包括向形成金属纳米粒子240的结构提供电介质有机材料250 (参见图3D)。该方法可以进一步包括在能量施加之前或之中提供一种或多种有机表面活性剂。
[0190]图3A示出了衬底210，其中电介质材料粒子载体222被结合到连接基团224。该衬底210可以包括硅衬底212和在硅衬底212上面形成的表面层214。该表面层214可以为作为隧穿绝缘层起作用的硅氧化物层。
[0191]该衬底210可以为柔性衬底或透明衬底。当使用柔性衬底时，衬底210的表面层214可以为具有氢氧根(-0H)官能团的有机材料。
[0192]在本发明的第二实施例中，该衬底210可以具有在本发明的第一实施例中描述的材料和结构。
[0193]被结合到连接基团224的电介质材料粒子载体222在衬底210上面形成多个以形成载体层220。
[0194]制造被结合到连接基团224的载体层220可以包括通过在将连接基团224溶解在溶剂中的连接基团溶液中混合电介质材料粉末以制备载体层材料并将该载体层材料沉积在衬底210上。在衬底210上应用载体层材料的旋涂方法可以被使用，或者在载体层材料被溶解的溶液中浸渍衬底210的流体沉积法可以被使用。
[0195]该电介质材料粒子载体222可以包括具有以下至少一种元素的氧化物:金属、过渡金属、贫金属，以及类金属。同样地，该电介质材料粒子载体222可以包括至少一种选自以下的材料:氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、钡钛复合氧化物、氧化钇、氧化钨、氧化钽、氧化锌、氧化钛、氧化锡、钡锆复合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅酸锆、硅酸铪以及聚合物。
[0196]该连接基团120A可以为有机分子，其适于被化学结合到或者被吸附在电介质材料粒子载体222的表面上并被化学结合到金属离子230。具体地说，该连接基团224可以为有机分子，其包括适于被化学结合到或者被吸附在电介质材料粒子载体222的表面的第一官能团以及随后被形成的适于被化学结合到金属离子的第二官能团。该连接基团224还可以包括用于将第一官能团和第二官能团相互连接的链式官能团。该连接基团224可以包括适于结合到金属离子的一个官能团，其选自以下群组:胺基、羧酸基、以及硫醇基。关于连接基团224，本发明的第一实施例中描述的多种示例可以被应用。
[0197]图3B示出了被结合到连接基团224的金属离子230。该金属离子230可以被结合到连接基团224的官能团。该金属离子230可以通过向衬底(具有在其上形成的连接基团)提供金属前体而形成。特别地，该金属离子230可以通过向衬底210应用金属前体溶液或向衬底210应用气态金属前体而形成。用于将金属离子230结合到连接基团224的方法以及用于该方法的材料可以为如上所述的本发明的第一实施例描述的各种方法及材料。
[0198]图3C示出了通过施加能量和生长金属离子230形成的金属纳米粒子240。被施加以形成纳米粒子的能量可以为选自以下的一种或多种能量:热能、化学能、光能、震动能、离子束能、电子束能、以及辐射能。各种实施例可以与本发明的第一实施例相同或相似。
[0199]在根据本发明的第二实施例的制造方法中，i)纳米粒子的尺寸可以通过提供结合到或者被吸附在有机表面活性剂并随后通过能量应用来控制。另外，ii)纳米粒子的尺寸可以通过在能量施加的过程中提供结合到或者被吸附在金属离子的有机表面活性剂在生长期间被控制。这种有机表面活性剂的提供可以在生产过程中选择性地实施。作为对使用单个种类的有机表面活性剂的替代，多种有机表面活性剂被使用。
[0200]为了更有效地抑制金属离子的转移，第一有机材料和不同种类的第二有机材料可以被作为表面活性剂使用。
[0201]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，该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，该含硫的有机化合物可以选自以下化合物中的一个或多个:HS-Cn-CH3(n:2到20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。
[0202]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(4-n-buty!ammonium)、氯化四甲钱，以及四丁铵氟化物。
[0203]在能量施加前或之中提供的有机表面活性剂可以被结合或被吸附到金属离子核中或被结合到连接基团的金属离子上，以及由施加的能量引发的纳米粒子的成核和生长可以通过被结合或被吸附到金属离子上的有机表面活性剂而控制。换句话说，能够使金属纳米粒子240生长地更微小并更均匀。
[0204]图3D示出了被结合到通过施加能量而生长的金属纳米粒子240的电介质有机材料250。该电介质有机材料250可以涂覆金属纳米粒子240的表面或填充金属纳米粒子240之间的间隙。该电介质有机材料250可以在纳米粒子之间提供绝缘以更可靠地防止纳米粒子间的电流流动。
[0205]如果足够量的有机表面活性剂在之前的步骤中被提供，即是说，如果在能量施加前或之中被应用的表面活性剂保持在生长的纳米粒子的表面上以在纳米粒子之间提供充分的绝缘，则该电介质有机材料250不需要被加入到生长的纳米粒子240的表面上。换句话说，由于根据形成的纳米粒子的所期望的尺寸决定是否使用有机表面活性剂，所以附加的电介质有机材料250的形成是选择性的。用于形成电介质有机材料250的方法和用于该方法的材料可以与本发明的第一实施例中的方法和材料相同或相似。
[0206]在本发明的第二实施例中，形成电介质有机材料250的方法以及用于该方法的材料可以与本发明的第一实施例中的方法和材料相同或相似。
[0207]参考图3D，根据本发明的第二实施例中的制造方法形成的该纳米浮栅被详细地描述。
[0208]参考图3D，根据本发明的第二实施例的该纳米浮栅可以包括形成在衬底210上面并结合到连接基团224的电介质材料粒子载体222，以及从被结合到连接基团224的金属离子230生长的金属纳米粒子240。同样地，该纳米浮栅可以进一步包括被结合到金属纳米粒子240的电介质有机材料250。
[0209]该衬底210可以包括作为隧穿绝缘层的表面层214。该表面层214可以包括氧化层。具体地说，衬底210的表面层214的非限定示例可以为选自以下至少一种材料的层:氧化娃、氧化給、氧化铝、氧化错、钡钛复合氧化物、氧化纪、氧化鹤、氧化钽、氧化锌、氧化钛、氧化锡、钡锆复合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅酸锆，以及硅酸铪。
[0210]该衬底210可以为柔性衬底，其可以包括具有氢氧根(-OH)官能团的表面层214。该柔性衬底可以选自以下中的一个或两个或多个的混合:聚乙烯对苯二甲酸酯(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(PE