1015/cm2。
[0157]根據(jù)另一實施例，當(dāng)所施加的能量為化學(xué)能時，具有大約1.3到1.9nm的平均粒子直徑的納米粒子通過實施在大約0.5到2小時內(nèi)在大約-25到5°C的反應(yīng)溫度內(nèi)由還原劑引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)來制備。該制備的納米粒子可以具有大約±20%或更低的粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)差。該納米粒子密度(其為每單位面積內(nèi)的納米粒子的數(shù)量)范圍可以為大約113到115/cm2，以及更具體地，該納米粒子密度范圍可以為大約0.2 X 114到0.2X10 15/cm2。
[0158]根據(jù)另一實施例，當(dāng)所施加的能量為化學(xué)能時，具有大約0.5到1.2nm的平均粒子直徑的納米粒子通過實施在大約0.2到I小時內(nèi)在大約-25到5°C的反應(yīng)溫度內(nèi)由還原劑引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)來制備。該制備的納米粒子可以具有大約±20%或更低的粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)差。該納米粒子密度(其為每單位面積內(nèi)的納米粒子的數(shù)量)范圍可以為大約113到115/cm2，以及更具體地，該納米粒子密度范圍可以為大約0.2 X 114到0.3X10 15/cm2。
[0159]如上所述，當(dāng)施加熱能時，存在以下三種建議的選擇:在還原氣體中施加熱能；順序地施加化學(xué)能和熱能；或施加帶有熱能的化學(xué)能。當(dāng)熱能在還原氣體中施加時，該還原氣體可以包括氫氣。在特定的實施例中，該還原氣體可以為包含大約I到5%氫氣的惰性氣體。為提供均勻的還原，熱能可以在還原氣體流動的環(huán)境中被施加。在特定的實施例中，該環(huán)境可以以大約10到100cc/min的流速流動。當(dāng)化學(xué)能和熱能被順序地施加時，還原劑可以與被結(jié)合到連接基團(tuán)120A上的金屬離子130的接觸，隨后在惰性氣體的環(huán)境中施加熱能。該還原劑可以為將金屬離子還原為金屬的任何化合物。當(dāng)化學(xué)能通過還原劑的添加而被施加時，納米粒子140還可以通過還原反應(yīng)形成。當(dāng)納米粒子通過還原反應(yīng)由金屬離子形成時，該還原反應(yīng)應(yīng)當(dāng)迅速地發(fā)生并均勻地遍及通道區(qū)域以增加金屬納米粒子140的均勻性?？梢允褂脧娺€原劑，以及在優(yōu)選的實施例中，該還原劑可以為NaBH4、KBH4、N2H4H2CKN2H4, LiAlH4, HCHO, CH3CHO或其兩種或多種的混合物。同樣地，當(dāng)施加化學(xué)能并使用如上所述的強還原劑時，納米粒子的尺寸可以通過調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的溫度以及控制成核率和納米粒子的生長來控制。被結(jié)合到連接基團(tuán)上的金屬離子和還原劑之間的接觸可以通過向金屬離子連接區(qū)域應(yīng)用還原劑溶液，或通過以還原劑溶液浸漬襯底，或通過向襯底應(yīng)用氣相的還原劑來完成。在具體的非限定實施例中，還原劑和金屬離子之間的接觸可以在室溫下實施大約I到12小時。
[0160]如上所述，過渡金屬納米粒子的成核和生長可以通過以下的因素中的一個或多個來控制:施加能量的種類、大小、以及時間。
[0161]隨著該方法在本申請中被公開，當(dāng)能量被施加或在能量被施加以將金屬納米粒子轉(zhuǎn)化為金屬化合物納米粒子之后時，能夠通過提供異質(zhì)原子源不僅僅制備金屬納米粒子而且制備金屬氧化物納米粒子、金屬氮化物納米粒子、金屬碳化物納米粒子，或金屬互化物納米粒子。
[0162]在根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造方法中，納米粒子的尺寸可以通過提供被結(jié)合到金屬離子上或被吸附到金屬離子上的有機表面活性劑被控制，接著被施加能量。否則，納米粒子的尺寸可以通過提供有機表面活性劑而被控制，該有機表面活性劑在施加能量時在金屬離子或者正在生長的金屬離子上被結(jié)合或被吸附。有機表面活性劑的提供可以在制造過程中選擇性地實施。代替在能量施加之前或之中的單一有機表面活性劑，可以使用多種有機表面活性劑。
[0163]為了更有效地抑制金屬離子的大量轉(zhuǎn)移，彼此不同的第一有機材料和第二有機材料可以作為表面活性劑使用。
[0164]該第一有機材料可以為氮基或含硫的有機化合物。舉例來說，含硫的有機材料可以包括在一個端部具有硫醇基的線型的或分支的碳?xì)浠衔?。在一個特定的示例中，含硫的有機化合物可以為選自以下群組的一個或多個化合物=HS-Cn-CH3(η:2到20范圍內(nèi)的整數(shù))、η-十二烷硫醇、甲硫醇、乙硫醇、丁硫醇、乙基己基硫醇、異辛基硫醇、叔-十二烷硫醇、硫代乙二醇乙酸(th1glycolacetic acid)、巰基丙酸、巰基乙醇、硫代正丙醇、硫代正丁醇、硫代正乙醇以及辛基巰基乙酸鹽。
[0165]該第二有機材料可以為相轉(zhuǎn)移催化基的有機化合物，舉例來說，季銨或磷鹽。更具體地，該第二有機表面活性劑可以選自以下的一個或多個:四辛基溴化銨(tetraocyIyammonium)、四乙錢、四正丁基溴化錢(tetra-n-butyIammonium)、氯化四甲錢，以及四丁胺氟化物。
[0166]在施加能量之前或期間的有機表面活性劑可以在金屬離子的核上被結(jié)合或被吸附，以及由施加能量引發(fā)的納米粒子的成核和生長可以通過在金屬離子上被結(jié)合或被吸附的有機表面活性劑控制。該有機表面活性劑在施加能量的過程中抑制金屬離子的大量轉(zhuǎn)移從而形成更均勻和更微小的納米粒子。由于金屬離子與有機表面活性劑結(jié)合，相比于當(dāng)其可以不需要表面活性劑而以其他方式擴散，該金屬離子需要更高的活化能來擴散并參與成核和生長。換句話說，金屬離子和/或納米粒子的擴散被有機表面活性劑物理抑制。因此，金屬原子(離子)的擴散可以被減少以及參與到每個納米粒子增加的金屬原子(離子)的數(shù)量可以減少。
[0167]在存在有機表面活性劑的情況下應(yīng)用能量的方法可以包括，在能量應(yīng)用之前，向通道區(qū)域應(yīng)用有機表面活性劑的溶液(例如，具有由連接基團(tuán)結(jié)合的金屬離子的襯底表面)或向通道區(qū)域提供氣態(tài)的有機表面活性劑。作為一種選擇，其可以包括，隨著能量的施加，向具有在其中形成的金屬離子的通道區(qū)域應(yīng)用有機表面活性劑溶液或向被結(jié)合到金屬核或由金屬核吸附的通道區(qū)域提供氣態(tài)的有機材料。作為一種選擇，其可以包括在施加能量時，應(yīng)用有機表面活性劑的溶液至其中具有形成在其中的金屬離子的通道區(qū)域，或者將在氣態(tài)的有機材料提供到通道區(qū)域以將有機表面活性劑結(jié)合或者吸附到金屬核。作為一種選擇，其可以包括，在預(yù)定時間周期內(nèi)的能量施加之后，當(dāng)暫停能量的施加時，向具有在其中形成的金屬離子的通道區(qū)域應(yīng)用有機表面活性劑溶液或向通道區(qū)域提供氣態(tài)的有機材料以結(jié)合或者吸附有機表面活性劑至金屬核，接著重新施加能量。
[0168]在根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造方法中，能量可以被施加在整個區(qū)域或金屬離子被結(jié)合的部分區(qū)域中。當(dāng)能量被應(yīng)用到部分區(qū)域時，能量可以在一個點、線或預(yù)設(shè)的平面形狀上被照射。在非限定的實施例中，能量可以在點上被施加(照射)，同時整個金屬離子結(jié)合區(qū)域被掃描。向部分金屬離子結(jié)合區(qū)域的能量應(yīng)用可以包括在一個點上、線上或平面照射能量，同時整個金屬離子結(jié)合區(qū)域被掃描，從而僅僅向部分金屬離子結(jié)合區(qū)域施加(照射)能量。如上所述，納米粒子圖案(pattern)可以通過向部分通道區(qū)域施加能量而形成。換句話說，向部分通道區(qū)域的能量的施加(照射)能夠形成納米粒子圖案。
[0169]圖2E示出了被結(jié)合到通過能量的施加而生長的金屬納米粒子140上的電介質(zhì)有機材料150。該電介質(zhì)有機材料150可以覆蓋金屬納米粒子140的表面或填充金屬納米粒子140之間的空隙。該電介質(zhì)有機材料150可以絕緣納米粒子以防止納米粒子間的電流流動。
[0170]如果足夠量的有機表面活性劑在先前的行為中被提供，即是說，如果在能量施加之前或之中，該有機表面活性劑在生長的納米粒子的表面上保持以提供在生長的納米粒子間的充分的絕緣，該電介質(zhì)有機材料150不需要被加入到生長的納米粒子140的表面。換句話說，由于依據(jù)所需要的納米粒子的尺寸無論有機表面活性劑是否被使用(或者有機表面活性劑的數(shù)量和種類被提供)，電介質(zhì)有機材料150的形成是可選擇的。
[0171]電介質(zhì)有機材料150的提供可以通過向納米粒子層提供電介質(zhì)有機材料溶液來實施，通過能量的施加而形成，并接著干燥所應(yīng)用的溶液，從而以電介質(zhì)有機材料填充納米粒子間的間隙。這可以提供一種結(jié)構(gòu)，其中，該納米粒子被嵌入到由電介質(zhì)有機材料組成的電介質(zhì)基體中。用于本發(fā)明的該電介質(zhì)有機材料可以為被用來在常規(guī)的有機基礎(chǔ)的電子設(shè)備中形成電介質(zhì)層的任何常規(guī)的電介質(zhì)材料。電介質(zhì)有機材料的特定示例包括但不限于:苯并環(huán)丁烯(BCB)、丙烯酸化合物、聚酰亞胺、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、聚對苯二甲酸乙二酯、聚-P-苯二甲基、氰基支鏈淀粉(cyanopuluane) (CYMM)以及聚甲基苯乙稀。
[0172]該電介質(zhì)有機材料150可以為與金屬自發(fā)結(jié)合的物質(zhì)。換句話說，在通過施加能量形成納米粒子之后，該電介質(zhì)有機材料可以被結(jié)合到納米粒子的金屬上(例如，金屬離子的金屬通過連接基團(tuán)被附接到襯底上)，該過程或通過向通道區(qū)域應(yīng)用電解有機材料的溶液進(jìn)行，該電解有機材料自發(fā)與通過連接基團(tuán)附接到襯底的金屬離子結(jié)合，或通過向通道區(qū)域提供氣態(tài)的電介質(zhì)有機材料進(jìn)行，從而形成具有包括納米粒子核和電介質(zhì)殼的化合物納米粒子。按照這個方法，非常均勻的電介質(zhì)層可以在微小的納米粒子上形成并且納米粒子間的絕緣性被可靠地保證。
[0173]被用在本發(fā)明中的電介質(zhì)有機材料150可以為具有與包含在納米粒子中的金屬結(jié)合的官能團(tuán)的任何電介質(zhì)材料。在特定的實施例中，由包含在納米粒子中的金屬自發(fā)結(jié)合的該電介質(zhì)有機材料可以包括，在一個端部:諸如硫醇基(-SH)、羧基(-C00H)，和/或可以自發(fā)形成與包含在納米粒子中的金屬結(jié)合的化合物的胺基(-NH2),以及在另一個端部，諸如不與包含在納米粒子中的金屬反應(yīng)的甲基的官能團(tuán)，以及作為主鏈可以形成均勻的電介質(zhì)層的鏈烷。電介質(zhì)層(殼)的厚度可以由鏈烷的碳原子數(shù)量控制，以及該電介質(zhì)有機材料可以具有C3-C2tl的鏈烷。
[0174]由金屬納米粒子140和電介質(zhì)有機材料150組成的該層可以形成納米浮柵。金屬納米粒子和納米浮柵中的電介質(zhì)有機材料之間的重量比可以為大約1:0.5到10。金屬納米粒子140和電介質(zhì)有機材料150之間的重量比可以穩(wěn)定地防止通過該納米粒子流動的電流并提供具有物理穩(wěn)定性的浮柵。納米粒子和電介質(zhì)有機材料之間的重量比可以通過被提供到具有在其中形成的納米粒子的襯底的電介質(zhì)有機材料的量來控制。另外，如上所述，當(dāng)應(yīng)用與存在納米粒子140中的金屬原子自發(fā)結(jié)合的電介質(zhì)有機材料150時，納米粒子140和電介質(zhì)有機材料150間的重量比也可以通過電介質(zhì)有機材料150的鏈烷的碳原子數(shù)量控制O
[0175]參考圖2E，通過根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造方法形成的納米浮柵將被詳細(xì)地描述。
[0176]參考圖2E，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的納米浮柵包括在襯底110上面形成的連接基團(tuán)120A，以及從被結(jié)合到連接基團(tuán)120A的金屬離子130上生長的金屬納米粒子140。該納米浮柵可以進(jìn)一步包括被結(jié)合到金屬納米粒子140的表面的電介質(zhì)有機材料150。
[0177]該襯底110可以包括具有適合結(jié)合到連接基團(tuán)120A的官能團(tuán)(未示出)的表面層 114。
[0178]該襯底110可以為柔性襯底，其可以包括具有氫氧基(-OH)官能團(tuán)的表面層114。該柔性襯底可以包括選自以下基團(tuán)的一個或兩個或多個的混合:聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、三乙酰纖維素(TAC)、聚醚砜(PES)、以及聚二甲硅氧烷(PDMS)。
[0179]該連接基團(tuán)120A可以為通過自組裝被結(jié)合到襯底110的表面上的有機分子。該納米浮柵可以包括通過結(jié)合到襯底110的連接基團(tuán)120A形成的連接層120。該連接層120可以為形成在襯底110的表面上的自組裝的單分子層。同樣地，該連接層120可以為具有選自以下的一個官能團(tuán)的硅烷化合物層:胺基、羧酸基、以及硫醇基。該連接基團(tuán)120A可以包括選自以下基團(tuán)的一個官能團(tuán):胺基、幾酸基、以及硫醇基。該連接基團(tuán)120A的每一個可以包括被結(jié)合到襯底110的表面上的第一官能團(tuán)(其在圖2A中由122表示)，被結(jié)合到金屬離子130的第二官能團(tuán)(其在圖1B中由126表示)，以及用于連接第一官能團(tuán)和第二官能團(tuán)的鏈?zhǔn)交鶊F(tuán)(其在圖2A中由124表示)。
[0180]該金屬納米粒子140可以選自以下粒子:金屬納米粒子、金屬氧化物納米粒子、金屬氮化物納米粒子、金屬碳化物納米粒子、以及金屬互化物納米粒子。該金屬納米粒子140可以通過將金屬離子130結(jié)合到連接基團(tuán)120A并接著使該金屬離子130生長而生長。
[0181]金屬納米粒子140的大小可以根據(jù)在金屬納米離子140的生長過程中的能量應(yīng)用狀況來控制。同樣地，納米粒子的大小可以在向金屬納米粒子140的能量施加之前或之中通過應(yīng)用表面活性劑控制。該表面活性劑可以為有機表面活性劑，以及該表面活性劑可以在金屬納米粒子140的增長結(jié)束后保持在金屬納米粒子140的表面上。根據(jù)本發(fā)明的實施例，當(dāng)不使用表面活性劑時，該金屬納米粒子140可以具有大約2.0到3.0nm的粒子直徑。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，當(dāng)使用單一種類的表面活性劑時，該金屬納米粒子140可以具有大約1.3到1.6nm的粒子直徑。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，當(dāng)使用多個不同種類的表面活性劑時，該金屬納米粒子140可以具有平均大約0.5到1.2nm的粒子直徑。
[0182]被分隔地設(shè)置在同一平面上的金屬納米粒子140可以形成單一的納米粒子層。如上所述，這是由于該納米粒子層通過向金屬離子130的層施加能量而形成，該金屬離子130通過與連接基團(tuán)的結(jié)合而在襯底上面形成。當(dāng)納米粒子層使用連接基團(tuán)120A而形成時，其防止納米粒子凝聚，極其微小的納米粒子可以以高密度形成。
[0183]根據(jù)另一實施例，該納米粒子層的納米粒子可以具有大約± 20 %或更低的粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)差的大約0.5到3nm的平均粒子直徑，其顯示了高均勻納米粒子尺寸分布，以及大約113到10 1Vcm2的納米粒子密度(每單位面積的納米粒子的數(shù)量)。
[0184]根據(jù)另一實施例，納米粒子層的納米粒子的平均粒子直徑范圍大約為2到3nm。隨著浮柵的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點可以具有大約2到3nm的平均粒子直徑的非常微小的納米粒子，在浮柵中的電荷分布可以是均衡的，其導(dǎo)致極好的運行穩(wěn)定性和改良的壽命周期。同樣地，由于該納米粒子140通過向通過在隧穿絕緣層上的連接基團(tuán)結(jié)合的該金屬離子130施加能量而被制備，該金屬離子130可以被歸入到納米粒子中，同時該形成的納米粒子互相之間保持間隔。這樣避免了穿過納米粒子流動的電流并賦予納米粒子優(yōu)越的電荷保持能力。同樣地，由于該納米粒子通過向通過在隧穿絕緣層上的連接基團(tuán)120A結(jié)合的該金屬離子130施加能量而被制備，該納米粒子層的納米粒子140具有大約±20%粒子半徑標(biāo)準(zhǔn)差的大約2到3nm的平均粒子直徑。這種優(yōu)越的均勻性可以防止基于納米粒子的量子限制效應(yīng)使電荷自陷造成的在能量等級上的偏差。因此，該存儲設(shè)備可以可靠并穩(wěn)定地運行。納米粒子層的納米粒子的密度的范圍從大約113到10 1Vcm2,以及具體地，當(dāng)納米粒子范圍為大約2到3nm的平均粒子直徑時，該納米粒子密度的范圍為大約0.1 X 114到10X10 14/cm2。由于該高納米粒子密度造成了電荷自陷前和后的擊穿電壓的大改變，所以該存儲