[发明专利]包含介电粒子支撑体的纳米结构

说明书

技术领域

本发明各实施例系有关于包含介电粒子支撑体(dielectric particle supporter)的纳米结构、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)薄膜型结构具有比如量子限制效应(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，且包括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，这种方法因难以控制纳米粒子的尺寸，并导致存储(memory)装置的再现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。

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

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。

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。

各实施例也揭示甚至在比例经缩放(scaled)的应用装置中，还能够确保其操作稳定性、再现性、及可靠性的纳米结构。

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。

在一实施例中，纳米结构包括：一基板；具有一表面的一介电粒子支撑体(dielectric particle supporter)，其中介电粒子支撑体形成于基板之上；与介电粒子支撑体的表面键结的连接分子；以及与连接分子键结的一金属纳米粒子。

金属纳米粒子可由与连接分子键结的金属离子生长而成。

介电粒子支撑体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、及硅酸铪。

纳米结构可进一步包括：一介电有机材料与键结至金属纳米粒子表面的一无机氧化物之间的其中之一。

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的一有机表面活性剂。

当不包括一表面活性剂时，金属纳米粒子可具有一平均粒径约2.0～3.0nm。

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。

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平均粒径约0.5～1.2nm。

连接分子可包括与介电粒子支撑体的表面键结的一有机单分子。