TW552592B

TW552592B - Conductive polymer materials and methods for their manufacture and use

Info

Publication number: TW552592B
Application number: TW091100956A
Authority: TW
Inventors: Raisa Talroze; Leonid N Grigorov
Original assignee: Quantum Polymer Technologies I
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-09-11
Also published as: US20050045869A1; KR20040030495A; WO2002080194A3; US6563132B1; EP1362367A2; WO2002080194A2; US20030071246A1; AU2002314710A1; US20030189203A1; US7014795B2; US6844567B2; CN1498416A; JP2004527880A

Description

552592 A7 B7 五、發明説明（彳）相關應用本發明主張2001年1月23曰申請之美國臨時專利申請案編號60/263,386的優先權。此項臨專利申請案以提及方式完全併入本文中。發明背景發明領域本發明有關一種導電聚合物物質，且有關一種具有有機離子、摻雜劑及經溶合自由電子的導電聚合物物質。本發明亦有關一種使用於微電子學、光電子學及生物醫學中之導電聚合物物質。相關技藝描述電導體在現代技藝之許多態樣中扮演著基本的角色。電腦之技藝的進步係視具有低電阻的導體而定。電流經由導體移動所需之能量與電阻有關。為了保持操作溫度，電阻能量損失，包括熱，需藉容裝導體之裝置散逸。為了使所需能量及所需散熱減至最少，期望提供具有極高電導係數及低電阻之導體。因為許多應用係於接近室溫下進行，故特別期望提供在接近室溫下具有極高電導係數的導體。金屬及金屬合金廣泛地在許多應用中作為電導體，包括半導體應用中。許多導體之特徵為含有在金屬與其他原子之間不具化學鍵結的晶格。金屬及合金具有充分低電阻及充分高電導（約1〇6 S/cm)，而可使用於許多應用中。然而，此等物質之電阻高至需要大幅操作能量，而使用時造成實質能量損失。

Onnes在1911年之發現中針對於傳導的主要進展在於低 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）裝訂

線 552592 A7 B7 五、發明説明（2 於特定臨界溫度時，特定金屬可變成超導體，即，對於直流電（DC)具有接近零之電阻。該項低電阻與高於約1〇0 S/cm的電導係數有關。不幸地，大部分金屬之臨界溫度皆極低，一般為數個愷爾文（Kelvins)度數（κ)。此種低溫需求嚴格限制金屬超導體在室溫應用中之使用。 1987年所發現之另一項重要進展為特定陶瓷氧化物可在低於約100Κ之臨界溫度下變成超導體。雖然陶瓷氧化物超導體之臨界溫度實質上高於金屬導體，但溫度仍舊低得使室溫應用極為昂貴而困難。美國專利第4,325,795號（以提及方式完全併入本文中）揭示一種包含10重量百分比以上懸浮於環氧樹脂—一介電聚合物一中之粉狀鉍金屬的物質及其製備方法。此種方法中，該鉍及環氧樹脂形成直徑介於約1 〇埃至約i 〇〇〇埃範圍内之小型纖絲。該纖絲之電導係數於室溫下超過金屬（即1〇6 S/cm) 〇 W.A. Little 之理論分析（Physical Reviews 134:A1416 (19 64)，以提及方式完全併入本文）提供形成具有準單維 (quasi-one-dimensional)結構之超導性多共軛聚合物的基礎。Little之理論導致發現特定高導電性聚合物系統，包括聚乙炔。聚乙炔在經摻雜時可具有接近金屬之電導係數（即約105 S/cm)。另一類高導電性聚合物係Grig〇rov等人所發現（Polymer Science 35:(1 1):1625-1633 (1993)，以提及方式完全併入本文）。此等聚合物包括未經摻雜之氧化無規聚丙烯及聚二甲基矽烷氧，根據記載，其提供具有大於 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

裝訂

線 A7 A7

10" S/cm之電導的結構。吴國專利第5,777,292號（以提及方式完全併入本文）揭示一種含有傳導線（conducting thread)而具有高於i〇6 之電導的有機巨分子基質。圖式簡單說明下文使用特定具n實例描述本發明。參照說明及圖式可明瞭本發明之其他目的、特色及優點，其中：圖1描述本發明之超極化子（superp〇lai>Qn)。圖2描述在奈米電路中之本發明超極化子。圖3描述組構成微波形式之一束本發明超極化子。圖4描述閉合傳導迴路形式之本發明圓形超極化子。圖5描述含有連接元件或系統之電路中的本發明超極化子。間隙d表示介於超極化子與金屬接點（陰影元件）之間的介電間隙。圖6描述圖5所說明具有約米範圍内之間隙尺寸的電路的典型電壓/電流（J/V)曲線。圖7描述圖5所說明具有約ι·5至2奈米範圍内之間隙尺寸的電路的典型電壓/電流（j/V)曲線。圖8描述包括兩個超極化子之本發明光電子轉換器，且描述入射電磁光子he。圖9描述圖8所描述之本發明光電子轉換器的能量圖。圖1〇描述本發明高感應係數元件，包括一線性超極化子’其中具有電子流，及一圓形超極化子，其中具有藉著該線性超極化子中之電流所感應的磁場而感應之電流。 -6- 552592 A7 B7 五、發明説明（4 圖11描述磁通量子與圖1〇所描述之高感應係數元件的超極化子中之感應電流之間的關係。圖12a-12b描述在本發明圓形超極化子中產生持久性電流之步驟。圖12a描述未完成圓形超極化子之階段，線性超極化子中之電流在不完全之圓形超極化子中感應磁場。圖12b描述本發明超極化子在完成圓形超極化子之後生成持久性電流的階段。圖13描述本發明電場控制開關，包括一超極化子奈米導線及一閘極。圖14a及14b描述圖13所描述之電場控制開關的兩個狀態。圖14a描述低電位”隆突”並未分隔圖〇所描述之超極化，因此未對電流之流動提供障壁的狀態。圖14b描述高電位”隆突”足以將圖13之超極化子分隔成兩個較小之超極化子，因此對電流之流動提供障壁之狀態。圖15描述閘極信號與通經圖13所描述之本發明電場控制開關之輸出電流之間的關係。圖16a至⑹描述在本發明隨機存取記憶體(ram)的電磁元件中產生邏輯㈣的步驟。圖16作述具有兩個接點及問極（G1)之線性超極化子’及具有料（G2)之圓形超極化子。圓形超極化子中無電流，此狀態視為邏輯狀態0。圖 16b描述-不完全圓形超極化子，其中線性超極化子中之電流產生磁場。 -7-

552592 A7 B7 五、發明説明（5 ) 圖16c描述如同圖16a所描述但具有完全圓形超極化子之元件。圖16d描述圖16c所描述之元件，但該線性超極化子中之線性電流係斷開，在該圓形超極化子中形成持久性電流。此狀態可視為邏輯狀態1。圖17a及17b係個別描述本發明之”AND ”邏輯段及n0R” 邏輯段。圖18a及18b係描述本發明之三元邏輯元件。圖18a描述已寫入之後的三元元件，其中圓形超極化子中生成單向持久性電流。此狀態可視為邏輯狀態+ 1。圖18b描述圖18a所描述之三元邏輯元件，但其中圓形超極化子中之持久性電流係位於與圖18a所示者相反的方向上。此狀態可視為邏輯狀態-1。圖19描述本發明具有多層RAM單元的多層處理器。圖20描述電磁脈衝資訊自圖19所述之本發明多層處理器中之一層輸送的情況。圖21描述本發明之壓磁單元，可將接近圓形之超極化子中的兩個持久性圓形電流的磁性相亙作用轉換成該圓形超極化子之間的力。圖22描述介於本發明兩圓形壓磁單元之間的聚合物材料的振動體積（oscillating volume)，其中在磁場中之振動在介於該兩圓形超極化子之間的距離上產生振動變化。圖23a及23b描述本發明準穩態光電子開關的兩種狀態。圖23a描述該開關之底部相的密度N高於頂部相之密度η -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（6 ) 的狀態。密度差異導致電磁輻射之入射光束被反射返回至該致密介質中，光線皆未通經該開關。圖23b描述頂部相之密度η增加至接近底部相之密度N的狀態。此狀態下，光可通經該開關。圖24描述電位與電子在化學部分中及真空中於不同狀態之間躍遷的關係。發明概述本發明提供一種聚合物物質及其製造方法，該物質形成在可其中形成稱為”量子奈米導線”之導電結構的環境或”基質”。可使用之聚合物包括矽氧烷，及具有可離子化部分，而可形成有機離子化及自由電子之有機聚合物。本發明亦可包括摻雜劑，包括鹼金屬諸如鈉、鉀及其類者。該基質、摻雜劑及可離子化之部分可形成奈米規格結構，本發明稱為位於基質中之”超極化子”，其包括經溶合之電子。該經溶合電子並非必要緊密鍵結於該分子離子上，因此可在接近室溫的溫度下，於極低電阻下經由該結構移動。對電流之阻力可低於習用金屬導體，因此，具有”高導電性" 物質特徵。實際上，導電結構可具有較一般金屬導體低了好幾位數之電阻值。本發明量子奈米導線可實際應用於主要考慮在極受限制之空間及能量消耗條件下具有高性能的不同領域，諸如微電子學、光電子學、生物醫學、及其他。此外，本發明結構之巨觀應用可大幅改善電動機、電力傳輸、能量儲存、電信、航空系統及其他可由極低電阻電流得到優勢的裝 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（7 ) 置。因此，在特定具體實例中，奈米規格高導電性結構可用於製造小型半導體裝置，包括電晶體、開關、二極體及其類者。特定之其他具體實例中，可在圓形奈米規格1吉構中產生穩定、持久之電流。該圓形結構可形成供光學開關、壓電裝置、奈米規格感測器、三元電腦裝置、及光學偵測器使用之基礎。發明詳述 I聚合物基質用以製造本發明高導電性物質之聚合物可依期望地在其原始狀態具有可促進超極化子之形成的特定性質，如下文所定義。 A聚合物基質之分子及結構性質可用以製造本發明導電性聚合物的聚合物包括數種不同之化學類型。可使用之聚合物包括聚（烴）分子鏈、聚（矽氧烷）、聚（胺基曱酸酯）鏈及其他。該聚合物基質之主要部分的特定化學組成不受限制，可依各個特定應用之特定需求而選擇。然而，期望可使用之聚合物在其原始形式下應為良好介電質，結杲，不屬於共軛（或導電性）聚合物之類型。例如，可製備包含巨分子離子之有機聚合物。本發明所使用之”巨分子”意指分子量大於約2000原子質量單元 ("amu”）之分子。使用巨分子製得之聚合物基質可具有高於使用低分子量物質製得之基質的黏度。其他本發明具體實例中，小型有機分子可作為可離子化 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（8 ) 之種類。使用低分子量物質，形成之基質的黏度可較低，即，更容易流動。其他本發明具體實例中，聚合物可選擇以包括生成中間相之基團，提供液晶形式，其中易流動之基質中有部分次序。已知可使用不同類型聚合物物質之組合物，提供所需之物理及/或化學性質。不論所需之物理及/或化學性質為何，藉著使用分子離子、偶極及/或摻雜劑，可製造具有量子奈米導線的聚合物物質。可定義聚合物可提供形成導電性聚合物結構所需之物理性質的數項特色。 1·期望聚合物基質為非晶形或具有低度整體或本體結晶度。在高於其玻璃態化溫度（Tg)時，非晶形物質可提供碎屑基質。玻璃態化溫度係為該化學設計之函數，一般可選擇介於約-100°C及約+ 180°c之間。在T〉Tg之溫度下，該聚合物基質容許元素在基質内移動，此係該導電性結構之自行組織所期望者。 2·期望聚合物含有某一數量之具有偶極矩的化學基團。此等化學基團在非晶形聚合物基質中之高移動性，使得該基團具有溶合電荷，且穩定地將其分隔的能力。此種觀念類似於鹽之溶解，例如NaCl溶於水中。極性水分子個別地溶合Na及C1離子（個別具有正及負電荷），該離子因此在溶液中游離。 3 ·期望聚合物應含有某一濃度之特定化學結構，可相對容易地失去電子，而形成正分子離子。該分子離子可化學 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（9 ) 性地結合於該聚合物鏈上，且可使用該聚合物中移動性偶極基團所形成之溶合外殼使其安定。因為整體系統保持電中性，故安定之正離子的形成導致自由電子即刻出現且被該偶極基團所溶合。經溶合之電子（偶極外殼及被捕集之負電荷）於本發明中稱為”游離極化子”。與聚合物分子鏈鍵結之三種成份，即游離極化子、安定之離子及偶極基團，皆積極參與後續特定量子力學結構一稱為超極化子一的形成。本發明特定具體實例中，添加摻雜劑於該聚合物基質中。摻雜劑可包括鹼金屬諸如鈉、鉀及其類者。添加於含有可離子化部分及偶極之基質中時，該金屬可溶解，且與該偶極及可離子化基團形成複合物。該離子化部分變成離子化時，金屬原子可幫助該偶極及分子離子之安定化，以形成更安定之導電性結構，量子奈米導線。此等具體實例中，該金屬原子變成負慣該超導結構之導電性質的結構中之一部分。 B聚合物之機械及物理性質期望前述化學偶極及離子性部分的濃度低於該聚合物鏈中單體的濃度。特別期望偶極基團之濃度較該單體濃度低約10至約100倍。亦特別期望可離子化基團之濃度較該聚合物鏈中單體濃度低約1000倍。提供此等相對低濃度之偶極及離子化部分意為，導入該基質中之摻雜劑的濃度並非必要高至可改變該聚合物基質所需之物理性質。可期望該聚合物基質在由約3.2微米之近紅外光範圍至至 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（少約〇·55至〇·6微米之可見光範圍的寬幅波長範圍内係光學透明性。在短波長下之光學透明性的限制係視特定類型之聚合物的特定化學組成而定，且可根據技術需求而選擇。部分所需物質可具有高達遠紫外光區的光學透明窗口。特定具體實例中，亦可期望折射率接近約1 4至丨5。特定其他具體實例中，可期望聚合物基質在最高達約0 2至約 1 Mv/cm範圍内之電場強度下為良好電絕緣體。在高於丁§之溫度下，非晶形聚合物之基質係處於本文稱為”高彈性狀態”（”HES")的狀態下，其特徵為聚合物具有介於約0.1至約1〇公斤/厘米2之低楊氏模數（Y〇ung，s ，本文稱為”Υρ〇1”。此範圍比常見金屬之典型楊氏係數（”Ymet”）或玻璃1()6公斤/厘米2楊氏係數小於 6次方。特定具體實例中，可期望該物質之密度係介於約〇 8至約 1克/厘岽3之範圍内。高彈性與高分數游離體積（非晶形聚合物在HES—般約1〇百分比）的組合，即使在低機械應力下，密度仍可輕易變化至高達10百分比。聚合物在HES之特性在於高於其Tg時，其可兼具高彈性及以黏稠液體形式流動之能力，其限制條件為該基質未交聯。此種性質使得可藉相當低之力控制重要之巨觀或局部結構重組。結果，若為位於該聚合物基質内部之分隔電荷之間的庫倫相互作用所致之内部局部應力，該相互作用可變成供内部自行組織使用之主要驅動力。此亦意指若需要，則可在任何點啟動内部自行組織及/或 -13- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝訂

線 552592 A7 B7 五、發明説明（Ή ) 藉著單純地改變局部溫度使之高於或低於Tg或藉著該聚合物基質之局部交聯而終止。 II 超極化子及量子奈来導線一旦選擇前述第I部分之聚合物物質，游離極化子、偶極基團及正離子任意分佈於該基質中。特別期望之特色為在特定情況下，此等元素開始結構自行組織，導致形成短量子奈米導線（一般長度約0.03微米至約10微米，而直徑介於約0.003微米至約0.005微米之範圍内），稱為超極化子。圖 1所描述之超極化子係為量子導電性結構的基礎元素。該量子結構約略為圓形，包括數個組份。首先，位於黏稠基質中之游離極化子可移動，且可彼此接合，逐漸形成被離子及經極化偶極外殼環繞之薄層導電性”電子線”，如圖1所示。參與形成超極化子之離子及偶極基團連接於任何取向之聚合物鏈，限制該離子及偶極之移動。因此，自行組織結束之後，所有離子及偶極基團之位置可因為該基質之機械強度而變成固定，且僅在施加於整體結構之外力超過此強度時會變化。集中於超極化子中心轴沿線之電子係游離，不受限於聚合物分子。根據量子力學定律，此等電子可自超極化子之一末端向著另一端持續地前後移動。此情況顯示超極化子來自共軛聚合物的傳導”線”，其中自由電子可輕易地在分子鏈内攜帶電流，但僅可藉著在分子鏈之間的”跳躍”而自一分子移動至另一分子。如圖1所描述，此單元超極化子顯然如同一小型圓柱形電 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（12 ) 容器，其中離子形成正電性外殼，電子形成負電性内”線’’，排列於徑向之偶極基團（箭號）則作為介於正（+ )及負（-)電荷之間的絕緣體。根據一理論，該種結構之形成係純量子力學，使用簡化之傳統說法無法理解。進行之實驗與量子理論相符，建立超極化子之數項電子及電磁性質。 1電子性質本發明聚合物基質及超導性超極化子具有期望之電子及電磁性質。特別期望之電性質包括與溫度相當不具相依性之高電導係數。因此，在本發明特定具體實例中，該量子奈米導線在接近室溫下可為超導體。 i .若末端連接金屬電極且施加部分低電壓V，則超極化子之”電子線”係為電流之完美導體（參照圖2)。圖2描述一完全電路，包括一超極化子、金屬接點（陰影區）、一電壓源 (V)、一電阻器（R)、及一電流偵測器（A)。施加電壓時，最高（”臨界”）電流Jc估計約10微安/線。就具有約3至5奈米之直徑的超極化子而言，該電流係對應於接近或高於1〇8安/ 厘米2之載流量。 ii·已發現超極化子之傳導性質在由約1K至約700K之寬幅溫度範圍内皆非溫度相依性，且該超極化子之電導係數與最高達至少H=90仟高斯（K Gauss)之外加磁場不相依（溫度約4·2 K)。 iii ·使用不同方法在電流J<JC下測量之超極化子的電導率在技術上係無限大。例如，若由電方法估計，則電導率 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（13 ) 可超過1011 S/cm，且若由磁方法估計電導率，則至少為 1021 S/cm。因此，”電子線”之電導係數至少較銅或銀高出 5位數，在特定具體實例中，可為15位數或更高。 iv ·增加電流J使之高於Jc(”臨界”電流”）導致快速（<10_8 s)轉變成高電阻狀態。視外在條件而定，此種轉變可在可逆及不可逆兩模式下觀察。 ν·超極化子之電導係數在由0百萬赫茲至約400百萬赫茲之頻率範圍内，與頻率無關。 vi _與電導係數有關之電子實際上不造成熱傳。實驗中，此與維德曼-夫蘭茲定律（Wiedemann-Franz law)相差至少7位數。 vii ·超極化子在J<JC下之無限大電導係數導致熱功為零。而在寬幅溫度範圍内產生低於約1 /z V/K之西貝係數 S(Seebeck coefficient S) 〇 viii ·若”電子線”與由一般金屬製得之電極接觸，則發現有部分接觸電阻（”RCQnt”），其係藉著該電子線與該金屬之間的電荷載子之隧穿而控制。此現象導致電流電壓（J-V)特性之非線性化。該隧穿障壁之性質的改變可導致JV曲線對應之轉變。 ix ·低溫實驗顯示若電子線與超導電電極之間接觸，則形成之J-V曲線具有特定之特性，其係兩超導體間由隧穿障壁所分隔之喬普森（Joscphson)接點的典型特性。 • X .該自行組織方法期間，若其未分隔一有效距離，則超極化子可彼此結合形成安定之導電陣列或導電束（圖3)，直 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7

裝訂

線 552592 A7 B7 五、發明説明（15 ) 路之尺寸及JC之值。閉合回路超極化子的另一項特性係因為回路之微觀尺寸、其電流及磁距不能分度變化，故應藉部分不連續值定量。 3超導電超極化子之應用本發明超導電性超極化子可具有數種應用。例如，僅 l〇1G長度1微米之單元的平行陣列各提供長度達10公里的超導電性導線。該聚合物導線係自身絕緣、具有小於或約10 微米之直徑、且可在由-273°c至約+200°c之溫度範圍内承載最兩達50安培之電流’而無實質能量損失。重要特性為該重量可自僅約1厘米3之聚合物物質製得，其重量不超過1 克。在室溫下不具有電阻之電導線的外觀可改善電氣工業之效率且降低成本。下文描述部分優點。 1 ·電生成、傳送及消耗時之能量損失降低量等於每年節省數百萬桶原油。工業及經濟效果顯著且完全公開於文獻中。 2 ·可使用大型或分配能量儲存系統（帶有持久性電流之磁線圈）以避免電力消耗之尖峰超載及夜-日-夜不規則性。 3·能量傳輸時，電壓不需要由低轉高再轉回，因為無電阻損失。使用低電壓地下線路，而非懸掛之高電壓電力線。 4 ·此種低電壓電力可直接分配給消費者，而不使用中間變壓器。 5 ·考慮前述#3點下，不使用交流高電壓電流，新電廠僅 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（產生低電壓直流電流，因為電電能傳輸時，直流電流避免電容損失，且提供許多其他技術上之優點。 6·目前老化之電下部結構之進一步改•良可構建於超導電導線周圍，包括高效率直流電動機、電源開關、各種電設備、低體積及高容量磁能儲存裝置（電池）、供電能輸送及通信系統使用之不同電纜、及其類者。 III以超極化子為主之微電氣元件特定裝置中，電裝置可自兩種不同元件之特定組合物構建♦ 1)被動式雙點元件，2 )具有至少三點之主動元件。被動元件包括傳導之超極化子，用以起始電流之流動、生成磁場、在附近結構中感應電流的金屬接點，及其他相對單純之元件。主動元件包括被動元件之組合物，該被動元件可彼此相互作用，依序逐次轉換能量，例如電裝置、光學開關、機械感測器、及邏輯裝置。 A 被動元件第一種被動元件使用設計，包括圖5所描述者。圖5描述具有正（+ )及負（-)電荷之一超極化子、偶極（箭號）、金屬接點（陰影）、一電源（V)、一電阻器--包括接觸電阻（RcQnt)及一連接元件或系統（出示於橢圓中）。單一超極化子（或微導線）放置於兩金屬電極之間，超極化子之末端與一電極之間有一介電間隙3。該超極化子或微導線之寬度（D)係介於約5 奈米至約1微米之間。若為由一般金屬製得之電極，則圖5所示之接觸電阻Rc〇nt 始終存在，且視金屬比電阻尸m、接點直徑乃而定，而介電 -19- 用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）裝訂

線 552592 A7 B7 五、發明説明（常數石（匀係視間隙（内而定，反映隧穿該間隙的效率。由任何一般金屬製得之電極具有直徑Z)之接觸面積的接觸電阻 Rcont始終具有兩個主要分量。第一個分量係直接位於金屬錐形鄰近處。該第一分量僅與金屬比電阻Pm及接觸直徑D 之倒數有關，且可概略表示如下

Rr=

1 D 第二分量係應用於任何一般金屬。與特定面積及特定狹帶有關之電子流動係依費米（Fermi)分佈而受到限制。此分量可自已知接近費米能量五f之電子狀態的密度估計 dn 1e 2 8m ,—— 其中第一個係數2是因為所考慮之兩電子自旋方向弧所產生。若電流流經具有7Γ D2/4之光闌，於該光闌施加小值電壓則僅有能量集中於接近五F之狹帶eF的電子可跨越該光闌區域，平均速度VF/2 = ^\j E p 厂 2 w ~ 故電流及光闌電阻其中應對7Γ球面之所有角度進行平均。 R d i a可表不為丑dia

π\ι2 1 2e2mEF -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（若包括隧穿該光闌，且其主動部分因為低隧穿機率而狹窄泠（匀<1倍，則電流部分反射，且電阻增加。因此，在同時考慮兩分量之下，最終方程式可表示成··

Rcont = + Λ2 = + _f!}3 . 1 D 2e2mEF ϋ2β{ά) 就實際應用而言，此式可簡化成： pm t 3-l0^l2〇hm^cm2 D 2Β2β{ά) 因此，在極小接觸直徑D<<100奈米時，或點隧穿機率極低/5(^〇<<1時，第二項變成重要或甚至主要項。當一元件之電導係數受到該間隙之隧穿性控制時，電導係數主要與d值有關。可製得數種不同之元件，以利用此項優勢。 1具有小於約〇·1奈米之距離d的元件當間隙d小於約0.1奈米時，該元件可作為供電力或信號傳輸使用之電連接器的簡易奈老葶.缓。當d低時，電阻RC()nt 極接近零。該元件之電流-電壓曲線係為具有良好準度之直線。該奈米導線之直徑可小達5奈米，且可在電流低於約10 微安下攜帶低功率信號。增加直徑至約5微米可提供高達約 20至約30安培之較高電流脈衝。可使用相同元件以作為不可逆電流限制器或”保險絲”，以防止高於約4至約50安培的破壞性電流。該限制器之轉換 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝玎

線 552592 A7 B7 五、發明説明（19 ) 時間不超過約1(Γ8秒。 2在約0·5奈米至約1奈米範園内具有距離之元件間隙尺寸d介於約0.5奈米及約1奈米之間的元件可成為攜帶中電流直流或交流電流一J約10毫安一的奈米導線與可逆電流限制1§組合物’保護路件防止電流太南而超過J c。圖6 針對間隙介於約0.5奈米至約1奈米範圍内之奈米導線，描述電壓V與電流J之間的關係。d及Z)之尺寸決定圖6所示之曲線的直線部分之斜率，電壓介於-Vc及Vc範圍内。此種關係使得該元件可作為介於1至1〇,〇〇〇歐姆範圍内之可變電阻器。此外，在考慮J-V曲線在Vc下之急劇轉折之下，相同元件可作為穩流器。 3距離d介於約1.5至約2奈米範圍内之元件在介於約1.5奈米至約2奈米之範圍内，該隨穿係數變小至冷卩)<<1，使得J-V特性具有實質異於前述圖6所說明者的特性，出示於圖7。就此類元件而言，該J-V曲線之直線部分係對應於相高高電阻。圖7描述具有介於約1.5奈米及約2奈米間之d的被動元件之電流電壓關係。在低於-Vc及高於Vc之電壓下，施加電壓V與形成之電流J之間具有線性關係。然而，在稍高於-Vc 之電壓下，電流突然變化，當V回復至Vc時，電流降低。由-Vc至Vc時’電流不流動1但在Vc時，電流增加’當V 進一步增加時，電流依直線方式增加。結果，具有此種J-ν關係之元件可使用於加強了數項優點 -22- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 之低功率傳輸。具有此類J-V關係之元件可使用於微電子學中作為低功率奈米導線或非線性電阻器，具有高於約 10,000歐姆之電阻，兼具有低電壓雜訊抑制器或信號鑑別器。此種元件之附加性質係因為組合相對高電壓範圍0.3至6 伏特與在電子隧穿間隙d期間所出現之電阻性質的特性所致。在考慮金屬中電子光譜之特性的情況下，電壓降V可能導致在由近紅外光至遠紫外光波長寬幅光譜範圍内發射光量子，而非生成熱。此項特性意指此等元件可作為自電信號生成光的奈米規格寬幅光譜光電子轉換器。因為此等方法在微觀標準下之可逆性，相同元件可作為光電子接收器，將光轉換成電信號。 4單色光電子轉換器與前述先前元件編號3相反地，基於超極化子-金屬接點且在寬幅波長範圍内提供非選擇性光電子轉換”信號-至-光" 及”光-至-信號”，稍微不同之元件可基於超極化子··超極化子隧穿接點（圖8)之性質，其具有光電子轉換之高選擇性。圖8描述在寬幅波長範圍内使用單色量子操作之可調整光電子轉換器。兩個超極化子共轴排列以形成雙重超極化子，金屬接點（陰影區域）位於該雙重超極化子之相反末端。間隙d係為單一超極化子之兩倍，光量子顯然撞擊於該間隙上。該觀念係基於超極化子之量子特性，其中所有自由電子皆成對且集中於相同能階，同時與理論預測及實驗 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（21 ) 結果相符之特色。若外加電壓於圖8中含有兩超極化子之隧穿接點的系統上，則光吸收及發射係由圖9所描述之能量圖說明。圖9描述因為吸收光量子而生成電信號之過程，或施加於該雙重超極化子之電能轉化成發射光量子之過程。該金屬接點之間施加有電壓eV。入射量子（”光吸收”）提供介於超極化子之間的能階。所發射之量子（”光發射”）具有依電壓V而定之能量，因為介於該超極化子之間的位能障壁而具有非零之值。就量子力學之觀點而言，該系統係與眾所周知之喬普森 (Josephson)接點（"JC”）相同，V〇 = A/e，其中△係為預估成為超導體之習用低溫物質的光譜之能隙。該喬普森 (Josephson)接點可發射特定頻率（ω) ω=2 eV/h之相干射頻波，其中h係為蒲朗克常數（Planck’s constant)。此方法可逆，且若相同頻率射頻波落於該接點上，則量子被吸收。此情況下，J-V曲線出現稱為非斯克（Fiske)或沙皮若 (Shapiro)級階之強烈變化，其中V與J之間的關係具有當V 增高時，J逐階增加之特性。因此，習用JC及圖8所示之系統的物性及行為可相同。同時，其間有明顯差異。習用JC系統可僅涵蓋微波之非光學譜帶，且僅於極低溫下操作（例如液態氦），而本發明之超極化子元件可涵蓋波長之所有光學範圍，且可於環境溫度下 (即室溫）下操作。圖8及9中所描述之元件可藉著在約0.1伏特至低於約10伏 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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、、土1圍内改變施加電壓v ’而於奈秒内針對具有近紅外光这i卜光之波長的任何單色量子進行電子式調整。或該v :;約、伏特至約5伏特之範圍，另一具體實例中，可於、 '寺至約3伏特之範圍内。電壓愈小，光之波長愈長田電壓愈鬲，光之波長愈短。3伏特之電壓可生成約6eV 之$子:對應於在遠紫外光範圍内約2GG奈米之波長。被動疋件’諸如前述者，可在兩資訊信號（電磁輻射）之任何極性及數伏特範ϋ内之電源電壓下操作。在同頻率下操作之被動元件的容量係同時視前述一般電阻R 、及其可輕易估計之電容而定。例如，在約1奈米之隧穿間隙d下，若為尺寸乃約1000奈米，電阻R約1〇4歐姆的高功率兀件時，該估計值不超過約10·14法拉C,F”）之電容C。就該兀件而言，一般時間·常數RC係約1〇-1〇秒，對應於約 20億赫茲之基本頻率。若為低功率元件，具有約1〇奈米之尺寸β及最高達約1〇7 歐，1的電阻，則C&RC之對應估計值個別約為1〇]汴及約 10、，其係對應於約2〇〇億赫茲之基本頻率，且可藉著降低電阻至約1〇6歐姆而進一步增高至2000億赫茲。速度係藉著，一1步降低R而進一步增加。基本頻率之極限可接近約 10 s的〇，其中電信號之波長近似一超極化子之尺寸。 5感應及長期記憶«電磁元件前述1-4部分係描述性質完全基於超極化子之電特性的元件。此部分中，吾人考慮部分收納有電磁特性的具體= 例。第一種元件可具有高感應係數，可使用前述奈米導& -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

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552592 A7 B7 五、發明説明（23 ) 構建，且以閉合回路之形式位於超極化子附近（圖10)。圖10描述本發明高感應係數元件。左手邊元件係為前述具有兩個金屬接點（陰影區域）之線性超極化子。施加電壓於該金屬接點之間，以產生電流J〇。通經該超極化子之電流於超極化子周圍生成磁場（H)。位於右邊的是圓形超極化子。線性及圓形超極化子兩者皆受磁性束缚，因為在時間t 乘線性電流J〇(t)所生成而具有時間相依性之磁場Η橫越閉合迴路之面積，而感應圓形電流Jind(t)。該系統可在圓形超極化子之磁場中累積有效能量，且其感應係數變成遠高於單一奈米導線。圖10所描述具有增高之感應係數之元件可用以形成時間延缓之電信號，產生高頻生成器，及任何其他微電子路件中已知可使用高感應係數之應用。傳統電感器及圖10所描述之奈米電感器之間存在部分特定量子力學差異。閉合迴路中之持久性電流Jind(t)與穿經該迴路面積之磁通量子n〇之數量有關。Jind對於磁通量之相依性係描述於圖11中。圖11描述磁量子以在特定條件下之磁量子（φ)除以基線狀態之磁量子數目（ρ 〇)之比例表示一與在圓形超極化子中之感應電流（Jind)之間的關係。當磁量子數增加時，Jind 成比例增加。圖11亦描述臨界電流-Jc及Jc，高於該值，磁量子數之增加無法增加感應電流。前述感應元件可製造長期記憶體元件（"LTME”）（圖12)。長期記憶體元件係基於超導電性圓形超極化子長時間保持 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（24 ) 感應電流的能力。於一類具體實例中，該LTME包括圖10 所描述之元件，但是在圓形極化子完成之前（圖12a)。為了在LTME上寫入邏輯狀態”1”，使用以下步驟：1)在線性電流 J〇妾0時，於左方元件中產生DC磁場，但圓形超極化子尚未形成，故未有感應電流；2)固定磁場存在下，完成閉合迴路之形成（未示）；3)在迴路中藉磁場變化，dH/dt关0，感應持久性電流Jind^0，同時關掉寫入電流J〇。在J〇 = 0下採取相同步驟產生零感應電流，表示邏輯”0”。注意Jind係描述於與圖10相反之方向上。此因Jind係由環繞線性超極化子的磁場橢圓所感應。因為閉合迴路中電流的持久特性，寫入其中的資訊不論是否再次存在線性電流或斷開電源，皆仍能儲存。圖12b所描述之最終結構的邏輯狀態可藉著於該線性超極化子施加線性電流J〇而讀取。具有邏輯狀態”1”之裝置中的感應電流最大值為Jc，而具有邏輯狀態之裝置中的感應電流係對應於圖11所描述之圖上的零點。邏輯狀態”〇”等於高感應係數元件在電流J 〇與施加電壓之間產生部分延緩（或相移）的狀態。相反地，邏輯狀態”1”時，迴路中感應電流已具有最大值，結果，在該線性超極化子中施加電流（J0)無法進一步改變Jind。意指邏輯狀態”1”之元件的感應係數低達單先奈米導線者，而不產生延緩。此者提供電子性地區分LTME之兩個不同邏輯狀態的簡易方式。一 LTME的特性尺寸僅受限於該圓形超極化子之直徑，可介於約500奈米至約1000奈米之範圍内。使用已知之磁通 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

置子值Φ〇=2 . l〇·7厘米2高斯，必要寫入·讀取電流j〇係約i 耄安至約1〇毫安，適用於前述#2元件，足以生成約2⑽高斯至約2000高斯範圍内之局部磁場。巧 B 主動元件與特性為技術上固定且無法依時間而改變之被動元件相反地，主要元件遠較具有變通性；其可具有至少兩個（特定具體實例中甚至有七個）不同之不連續狀態，可減外加電信號或磁信號之使用而選擇或依時間改變。該等具體實例可月色疋因為電子能在奈米導線内相干地流動，以改變其量子力學行為，且若其環境—視外加電場或磁場而定—依時間而改變’則自一不連續狀態躍遷至另一狀態。下文係僅供作說明之主動元件的部分實例。 1 磁場控制開關此類具體實例中，若附加之閘極係位於超極化子附近，但未與其直接電接觸，則可基於載流奈米導線產生主動元件。圖13描述本發明電場控制開關，包括一超極化子，金屬接點（陰影區域），電壓源V，連接之元件或系統（橢圓形），及電阻Rc。此外，出示具有寬度L及閘極控制信號g 之閘極。期望此電極之寬度丄大於間隙d。例如，d可介於約 0.1奈米至約2奈米範圍内，而z可約1〇〇奈米。該電場控制開關之功能係描述於圖14中。施加於閘極之負閘極控制電壓G在奈米導線内產生電位差的局部變化（”隆突”）。該局部隆突會視隆突高度而影響電子行為。因為電子在奈米導線中移動之量子性質，故可存在兩種不同之情 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（26 ) 況，其中有不連續之躍遷： a ·閘極電壓低於g〇此情況下，電位”隆突"低於超極化子電荷載體集中的位準（圖14a)。如此，開關之電導係數僅藉間隙尺寸d控制，而與閘極电壓G無關，直至電極可克服電阻障壁。 b ·閘極電壓高於go 此情況下，電位障壁超過電荷載子位準（圖14b)。此時，因為缓慢地隨穿該障壁仍因寬度L而變得不可能，故電子流終止。此情況下，電子奈米導線斷開，出現兩個較短且電子上不相依的超極化子，而非一個較長的原始超極化子。若閘極電壓恢復至低於GO，則可躍遷回至前述導電狀態a。該奈米導線類似現代半導體微電子學所使用之已知場效電晶體。奈米開關及場效電晶體可使用此類元件製得，且可具有小達約100奈米之尺寸。習用及本發明場效開關之間的功能有部分明顯差異。習用場效電晶體中非相干電子移動導致其於開關狀態之間較平順之轉換（圖15中之虛線），但基於量子而具有奈米導線特性之開關則具有至少100倍銳利之轉換（圖15中之實線）。圖15中，本發明奈米導線（實線）中，低於_G〇之閘極控制電壓G不產生電流J。然而，當閘極電壓到達-G〇時，電流】隨電壓而急劇地增加。相反地，習用場效電晶體（虛線）具有遠較寬幅之電流通量改變的電壓範圍。結果是本發明奈米開關使用於邏輯路件時，在轉換期間消耗之能量可至少低約 100倍，且作用可較一般場效電晶體快至少約1〇〇倍。 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 552592 A7 __B7 五、發明説明（27 ) 2 電磁快速隨機存取記億鱧裝置閘極在閘極控制電壓G>G〇時終止奈米導線中電子流動且在<3<0〇時恢復之能力，可用以製造隨機存取記憶體（Ram) 使用之電磁元件，其結合了長期記憶體元件之部分性質及可視需要重複寫入此資訊之能力。因為圓形超極化子中之電流可持久，故能量消耗可最低，同時長時間保持所寫入之資訊。在僅供例示之情況下，該元件與圖1〇所描述之高感應係數元件相同。其間之一功能差異在於在線性超極化子附近存有閘極0!且在圓形超極化子附近有g2。該RAM元件之所有必要特色顯然皆為設定此兩閘極之電位的結果。圖16 a至16 d描述在對應於邏輯狀態” 1 ”之圓形超極化子中感應持久性電流所需的步驟。圖16 a中，邏輯狀態，，〇，，（即使 G2<g〇仍無圓形電流）係為因Gi>G〇而無線性電流的起點；2) 施加信號G2>G〇且斷開迴路（未示）；3)因為閘極控制信號 GfGo而連通線性電流（圖16b)，但斷開迴路中未出現圓形電流；4)圖16c中，在存有磁場時，因G2<G〇而恢復迴路； 5)圖16d中，閘極控制信號〇1>〇(3終止線性電流，且磁場變化於圓形超極化子中感應持久性電流，邏輯狀態”丨"固定於相同閘極電壓GfGo且GfGo下，而其係為圖16a所示之起點。因為在第一個步驟中信號G2>G〇斷開迴路，故循環電流與其先則狀態無關地達到零值。欲寫入邏輯狀態” 〇 ”時，可使用相同順序H異係在第三步驟中，閘極Gi之電壓 -30- ΐ紙張尺度適用中國國冢標準(CNS)A4規格丨2觸97公寶) 552592 A7 B7 五、發明説明（28 ) 保持大於G〇，且不流過線性電流。該情況下，迴路中不存在持久性電流，而固定邏輯狀態"0”。讀取該RAM元件之狀態可與自前述長期記憶體元件讀取之方法相同。然而，可使用其他方法，以讀取該RAM元件之狀態。主動元件之尺寸可同等於或小於習用半導體微電子學中所達成者。以RAM元件為主之超極化子之一優點為其可僅於寫入-讀取過程中需要能量消耗。一旦感應，則圓形超極子中之持久性電流（邏輯狀態”0”為零且邏輯狀態”1”不為零）可保持一段實質時間，而不需外加能量。其他優點包括在遠較為高之工作頻率下具有較低能量消耗，且可在相鄰元件之間進行非接觸性資訊傳輸。 3 以使用多閘極控制之開關或快速記憶體元件為主的邏輯元件若對應之奈米導線附近放置有多於一個之閘極，則元件單元（開關及/或快速記憶體元件）可輕易轉變成邏輯段。該邏輯段之實例係描述於圖17中。描述個別元件之操作原理。圖17描述收納有本發明量子奈米導線之邏輯段。”AND” 型邏輯段係基於電場控制開關而產生，該開關僅有在輸入閘極#1及閘極#2之兩信號相符時開啟（圖17a)。右方所示之快速記憶體元件（圖17b)可作為邏輯段"OR”，其在閘極G2 至G6中任一者提供必要之輸入信號Gn>G〇時達到必要之邏輯狀態。 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 552592 A7

-------BY 五、發明説明（二邏輯記憶禮元件疋件電磁記憶體單元中之圓形持久性電流提供產生進步之電腦技術的新機會。已知使用三個不同邏輯狀態”丨，，、 0及’-1”之三邏輯系統（本文稱為"三元，，邏輯系統）使得吾人可發展具有所需特性之電腦。使用具有邏輯狀態”0，，及 1之一元的習用電腦無法解決產生具有兩個以上之穩定狀態的簡單邏輯元件。然而，本發明電磁記憶體單元可用以解決此項問題，因為可在兩個不同時間在兩個不同方向上於相同迴路中感應持久性電流。此情況下，邏輯狀態”i”可由順時針電流表不，邏輯狀態"-1”由逆時針電流表示，而邏輯狀態”〇 ”係由零電流表不。為了構成三邏輯記憶體單元，可僅於圖16所描述之二元記憶體單元上提供一附加奈米導線，如圖18所描描，以產生三元記憶體單元。 -圖18a及18b描述具有兩個寫入奈米開關之三邏輯記憶體元件。出示之最終狀態係於寫人過程完成之後。若啟動垂直開關’則可寫人邏輯狀態τ(圖18a)，啟動水平開關後，則產生邏輯狀態，(圖18b)，如同自感應電流之方向所發現。若兩開關皆保持未啟動，而進行寫人程序，則產生邏輯狀態"0"(以）。符號，，+，，及"·，如電極之極性白色粗箭號表示各情況下之寫入電流的方向。儘管使用前述數個極為單純之實例顯示之❹超極化子形成奈米電子元件單元的方法可滿足不同之邏輯功能。但本文所提供之實例並非詳盡之實例，㈣供㈣此等元件

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、申請專利範S 如何在不同組合下連接而用以構建更複雜之邏輯結構。 5 奈米處理器使用自量子奈米導線製得之裝置及其他元件，可產生尺寸縮小之處理器。此等小型處理器於本文中稱為”奈米處理器”。奈米處理器之製造可藉由本發明量子元件所賦予之數項優點而完成。詳言之，極低電力消耗及小型尺寸使得處理器可比習用半導體更小。可製得僅在極短時間内一在邏輯狀態變化期間一消耗能量之電磁RAM元件，而邏輯狀態保持穩定時不需消耗能量。估計使用本發明元件製得之電腦在與基於半導體之現代電腦比較之下，具有能量及其他優點。為便於比較，假設頻率fnQW=10億赫茲而以半導體為主之處理器始終每秒消耗1能量單元，包括高達N=107個儲存及處理資訊的元件。結果，在最佳現代處理器中，總電力消耗（CPC)=1(能量單元）/秒，而每個元件之平均電力消耗 (APCE)可估計為1/N=10_7能量單元每個元件每秒。習用半導體電腦中，若處理器在内部資訊交換時使用128 條平行線路，則邏輯資訊處理之最大速度不超過1011位元/ 秒。實際意指僅有128個元件，對應於整體數量107之0.001 百分比，可針對等於約1(Τ9秒的特定周期改變其邏輯狀態。因此，此等128個元件在10·9秒内同時發生之邏輯狀態變化需要藉以下關係式估計之能量。邏輯狀態變化之即時能量成本=(線路數量）x APCE/f = 128 X 1(T7 xio·9 S 与 1(T14 能量單元 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

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與習用以半導體為主之電腦所需的能量相反地，以本發明量子RAM元件為主之處理器中的能量情況實質上不同。因為該兀件中轉變時間至少較現代半導體元件短1〇〇倍（參照圖15)，而該相同128個元件之邏輯狀態的各個變化係需要至少低100倍之能量，即1〇-16能量單元。本發明處理器之基本頻率增加至高達匕〜=2〇〇億赫茲且平行通道自128增加至約5〇,〇〇〇，意指整體處理器中總電力消耗（CPC)係由以下關係式估計。 CPO(通道數量/128)x fnewX 1〇-16能量單元兰4〇〇 χ 2 • l〇1G (秒-1) X 10·16能量單元=8 · 1014(能量單元）/秒。因此，電力消耗可降低至約8 · 1〇14(能量單元）/秒之值。此降低值表不所需電力較現存一層中具有107個元件的處理态低約125 0倍。以前述新元件為主之處理器可提供自1〇11 位兀/秒增至8 · 1〇14位元/秒的資訊處理速度，此表示電腦速度增加約9000倍。降低之電力消耗及增加之速度的組合可使處理器中元件之總數增加約5〇〇至1〇〇〇倍。即使在此種增加數量下，總能量消耗仍低於現代處理器之能量消耗，而本發明處理器之溫度可保持於所需之極限内。前述性能特性容許發展新穎類型之處理器，約略包括 101G個邏輯單元，而非最佳現代處理器的1〇7個。邏輯單元數量增加之一因素係每個單元生成之熱減少，使其可實際設計圖19所示之多層結構。圖19插述兩個具有相同能量及溫度狀態之處理器· ^基於本發明量子RAM單元之多層狀態（左），及2)以半導體為 -34-

主之現代單層狀態（右）。本發明量子處理器中，可於各層中使用與習用半導體處理器相同數量之平行通道（128)，但因 500至1〇〇〇層之所有層皆平行排列，故平行通道之總數變成高於約1000倍。使用本發明量子處理器優於習用平面結構之處係為在平面結構中，邏輯元件之間的連接係經由電導線直接連接。若期望避免兩電通道之交叉或避免信號自一層於^方向傳送至另一層，則此種特性產生部分困難。使用電磁RAM元件可減少此項問題，且儘管各層可藉介電材料而與相鄰層絕緣，仍可在2•方向上傳送信號以^之通經數層。該”垂直，，非接觸性信號傳送之觀念係描述於圖 20中。圖20描述電磁脈衝資訊在圖19所描述之多層奈米處理器之各層之間傳送的過程。底層中，圓形超極化子中持久性電流產生磁場（H)，其通經頂層中之超極化子。所生成之磁場在頂層圓形超極化子中感應電流，其依序可提供資訊至位於該頂層上之其他元件上。該問極信號傳送可如前^所述藉著控制電極而控制。藉著本發明處理器之多層結構，圖19所示之量子處理哭 (左）可為實紅维處理器。考慮前述增加資訊處理速度之= 況，可估計信號處理速度高達或高於約8 xl〇u位元/种二如，使用本發明多層奈米處理器，可在低達約丨〇微秒^ 内完成1010位元陣列之資訊位元搜尋。除了增加速度且降低能量消耗之外，本發明量子處理器 -35- 552592

可實質小於習用處理器。例如，若環狀RAM元件之直徑約 5〇〇奈米，且其控制電極佔據另外500奈米之空間，則元件陣列係位於一平面中，且可僅需要約2微米或更小。該解析度可使用現存微影術達成。意指尺八撾元件之平面密度至少為2·5 X 107厘米·2或更高，因此，具有約1〇7個元件之處理器需要小於約〇 · 4厘米2之面積。在多層處理器中，介於相鄰平面之間的心周期性可约1微米。此情況下，1〇〇〇層之總厚度不超過〇1厘米。意指具有 i〇1G個記憶體元件之處理器可放置於小於約0 〇4厘米3之體積内。因為處理器任何一對元件之間的距離皆如此小（任何方向皆約0.5厘米或更小），故電信號可在低達約1(rll秒的平均時間内行經該距離。 IV感測器及壓磁變量器及致動器除了直接作為電腦之固定元件之外，被動及主動特定功能單元可使用於製造感測器及致動器。使用本發明導電性聚合物結構之部分非限制實例係包括： 1·局部壓力及溫度感測器； 2·電信號轉換成局部機械變形之高效變量器（靜態及/或動恶者）’作為奈米致動器或使用於光電子裝置中，相反亦麸， 3·高效奈米生成器，自局部機械應力或超音波（usw)提供電能。 A 壓力及溫度感測器如前文所述，可製得具有高電阻ReQnt之特別設計被動元 -36- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝訂

線 552592 A7 B7 五、發明説明（34 ) 件，主要視隧穿間隙d之物理特性而定。若使用於微電子學路件中，則隧穿間隙d可近似常數。此係充填該間隙之介電聚合物係為玻璃狀態之情況，其特徵為極高之楊氏模數值。於聚合物基質中使用高密度交聯可得到相同之結果。若充填該間隙之聚合物係選擇為在操作條件下為高彈性狀態（HES)，且具有極低之楊氏模數（Y)，則情況改變。聚合物之楊氏模數Ypol，約較玻璃狀態之丫_低六位數（參照前文討論）。此情況下，若施加外壓力尸，則間隙寬度變成對機械壓縮敏感。此等變數之間的關係以下式表示： d=^(l-P/Yp()1)其中A係為無壓力下之間隙寬度因為隧道接觸電阻對於^之極強指數相依性，故 R_pekd = ekd〇(l_p/Yp〇i)，其中kd0»l，依照定義之高

Rc ο n t 〇此式中顯示在HES中，電阻應與壓力成指數相依性及咖=，e_kd〇〜 coni 其中R(())c〇nt係為壓力不變下之電阻，且該感測器之靈敏度需相當高，因為甚至極小之變化P<<Yp。！，仍可使電阻明顯變化。在不施加外壓力下，可使用相同元件作為溫度感測器，因為HES狀態之聚合物可具有相當高之溫度膨脹係數。 d=d〇(lJr a AT) 此導致高溫靈敏度之最終表示式足。w =

CQfU 2 電-機械變量器 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（35 ) 使用電信號以產生微米"或奈米規格機械移動之現代裝置通常基於特定固態壓電物質，其具有極嚴格之性質限制。例如’該物質之或大非破壞性變形△Z/Z —般不超過〇 02百分比，而即使在靜止狀態下，始終仍需要施加高強度電場，以保持非零變形。適當地在HES聚合物基質中形成之超極化子單元（本文中稱為”壓磁超極化子”）可提供自電信號成為機械力之更有效的轉變。為了說明該項效果，考慮包括兩個圖21所描述之閉合迴路超極化子的系統。圖2 1描述將兩個持久性電流之磁性相互作用轉變成力Fattr的壓磁單元，其可提供移動力，以改變該閉合迴路超極化子之間的距離Z。如圖21所描述，兩迴路皆位於HES聚合物介質中，兩迴路之間的距離i係小於或接近於其直徑D。此情況下，兩迴路可磁性地相互作用。該相互作用可藉著各迴路中與兩電流一起生成之磁場//相互作用之電流來保持。當兩電流具有相同方向時，該相互作用導致出現吸力Fattr，導致與此兩超極化子分隔之聚合物介質的彈性變形（即壓縮）。所生成之力可表示如下。電流Jl流入具有直徑β之導電環中。電子之速度V及環之數量η可與該電子間之平均距離λ 具有如下文所述之關係。其中e-電子電荷若該環係位於與環平面垂直之磁場奸〇中，則可產生洛仁茲（Lorenz)々F，根據以下關係沿著其軸推動 -38-

本紙張尺度適用中國國豕榡準(CNS) A4規格(210X297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（36 ) 該環。 c c 其中C係為光速。電場孖〇可由在藉著相對小距離與第一環分隔之第二環中流動的相同圓形電流J〇產生，使得L<D。此情況下，//〇實質上與L無關，而//〇之大小相當接近第二環中心的電場強度，可表示成以下關係式。

Ξ άΕΜ cD 若其電流係為相同方向，則電場強度//〇可在兩環之間產生吸力洛仁茲（Lorenz)力。或若需要，則可藉著在兩環中產生相反方向之電流，而產生排斥力。在各導電環與周環彈性聚合物基質機械性地結合的情況下，該力變成分佈於聚合物中之特定有效面積S上，約較環本身之面積大數倍，且可根據以下關係約略地估計。 S ^ 4πΖ)2 = 4 產生在此面積内由兩電流之間的電磁相互作用所致之有效平均壓力Ρ的估計值，且分隔兩環之聚合物層L產生彈性變形（壓縮或膨脹）。該壓力之大小可表示成以下關係式。

p J〇 A "Z)2~ 壓力P所致之壓縮Comp可表示成以下關係式 -39- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（37

Comp= P

L 一 W 約10百分比之非破壞性變形AL/L係為HES聚合物的特徵’且若介於兩迴路之間的體積中之壓力滿足條件p<約 0·1Υρμ<^9 0·1公斤/厘米2，則係為可逆。此關係係近似值’在約1位數範圍内之其他值亦可提供令人滿意之變形特性。由前述關係式，當該環之直徑D約為1000奈米且兩持久性電流心及^皆約O.i安時，可達成聚合物變形所需之p的大小。若需要，當該環直徑D縮小至約1〇〇奈米時’則介於約10毫安範圍内之較小電流可提供充分之力。視局部壓磁轉變而變化之裝置使用壽命可視圓形電流··環中之八及八一之持久性而定。持久性較長時，該裝置將磁能轉變成機械力之能力愈長。若j〇係為定值，且不因時間而改變，則該式顯示任何類型之變形（平行電流時之收縮或平行反向者之膨脹）係與Ji成比例。因此，選擇低於約1〇毫安之 Ji，可密切控制由零至10百分比之變形。可輕易得知該物質之楊氏模數亦可影響間的關係。因此，較具彈性之聚合物可具有大於具有較低彈性之聚合物大之變形。可期望數種不同之狀態。例如，可產生準穩雜者，其中所需之變形可保持穩定歷經一段所需周期時間。此種狀態對於4刀光電子應用及相對低速機械裝置具有效果。例如，可基於此點構建人造肌肉。或可使用動態者，其中可製造局部變形以振動。部分具 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) ~ 552592 A7 B7 五發明説明（38 ) 體實例中，該振動可為高頻。該動態狀態可為快速光電子裝置所需。其他具體實例可用以產生局部超音波生成器及接收器，其例如可用於奈米電腦及生物醫藥應用中進行無線信號及能量傳輸。動態之觀念可由以下簡短說明得到瞭解。為了評估共振頻率/r^，彈性聚合物基質在兩圓形超極化子之間振動之有效體積F = π D 2 Ζ可使用以下機械流程圖表示，其中兩質量係具有下式所示之關係。 m^lpV^ 〇,5ρπϋ2Σ , 其中各質量係與具有等效彈性係數々之彈簧有關。圖22描述本發明之兩圓形超極化子之間的關係，其彼此近似，且其界定該圓之平面係平行。L/2之項意指各圓柱與振動質量有關之高度（參照圖22之底部）。該超極化子具有直徑D，在不具有電流的情況下，具有L之分隔距離。分隔該圓形超極化子之聚合物物質具有彈性，且由螺旋描述。在該圓形超極化子内產生電流時，該超極化子之間產生排斥力’導致兩超極化子彼此移開之量。介於兩圓形超極化子之間的體積之彈性係數可由以下關係表示。

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L

~Z~ πΏ2 具有係數々之彈簧上質量m之共振頻率/re5可表示於以下關係式中。 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

例如，密度為ο·8克/厘米3且楊氏模數丫_為1〇6達因/厘米2 之聚合物’可估計Λμ約為4百萬赫茲，其中該迴路之間的距離Ζ係為1000奈米，人“約為40百萬赫茲，其中距離Ζ係約100奈米。刖文使用之丫…為1〇6達因/厘米2之值僅有振動周期超過聚合物鬆他之特性時間之前保持有效。在較高頻率下， ΥΡ〇1⑺根據特定聚合物之特定化學結構而逐漸變化。在高頻下，需使用可產生高於前文估計者之共振頻率的超越方程式。估計該超越函數之方法係技藝界已知。若電流J 1之方向係於頻率/下周期性地逆轉，則彈性聚合物介於兩迴路之間的小體積變成參與相同頻率/之振動，因為壓縮及擴張兩脈衝係周期性地重複。當外加頻率/ 與共振頻率相符或接近時，達到該振動之最有效率（及振幅）。若高彈性狀態模數丫…保持可應用於此頻率範圍内，則前文估計之/〜之大小係介於約4百萬赫茲及約4〇百萬赫茲之間。若彈性模數隨著頻率增加而增加，則振動之振俨應縮小’但共振鮮可增加。該絲域態可消耗遠低: 非共振狀態的能量。相依性YpQl⑺可針對具有相異化風妹構之聚合物而變化。 - ^ 干、、、σ 此等應用。奈米電前述元件可使用於需要機械移動之任何情況。包括但不限於小型電動機’本文稱為奈米4動機 -42- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（4〇 ) 動機可用以製造具有各種需要尺寸之自動裝置。就極小型之裝置而言，可排列少數奈米電動機。就較大型電動機而言，可串聯排列大量奈米電動機。 3 機械變形成為電之轉變可進行自機械變形直接產生電之特定具體實例。圓形超極化子之雙迴路結構係與圖20及21中前述結構相同方式產生。在一迴路中形成持久性電流JG。聚合物含有該迴路之機械變形導致兩迴路之間的距離Z改變。兩迴路之相對移動可導致通過第二迴路之磁通量改變，且可導致其中生成感應電流Ji。使用控制路件，此電流之能量可用以將電池充電或其他用途。此外，此類裝置應用在數種不同生物醫藥應用中。例如，植入之微電子裝置可變成與外加電能源無關，因為其可於内部生成電能。可藉由患者身體之移動而直接生成電流。所生成之電信號可用以控制且操作裝置，包括心律起博點。 4 準穩態光電子開關本發明其他具體實例中，含有超極化子之聚合物基質的壓縮可改變該介質之折射率。根據對於聚合物壓縮的電子控制，折射率之變化可用以提供基於一裝置反射或穿透入射電磁輻射之能力的開關（”光電子開關”）。該種光電子開關的基礎係說明於以下感應電流與折射率7?之間的關係中： =η〇 (1+ -η〇 L 2L. -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（41 ) 1 〇百分比之變形量△ L/L可使折射率《有5百分比之變化，足以使該裝置使用完全内折射現象，而作為準穩態光電子開關（圖23a及23b)。圖2 3描述本發明準穩態光電子開關的兩種狀態。該開關包括雙層材料，具有較致密聚合物之底層，及具有較不致密聚合物之相鄰頂層，其間產生一界面。電磁輻射Bg之入射光束行經具有折射率#之較致密介質中，且落在具有較低密度之層的界面上。較不致密之介質中的折射率^係視圓形超極化子中的局部電流^而定D若Ji=Q，在折射率情況下，入射光束B〇不能穿過邊界，而完全反射。此情況下’關閉該開關（圖23 a)。電流J i高至足以導致較不致密介質壓縮而w>«cri•，的情況下，光束b〇通經邊界，而行經至新介質内。此情況下，開啟該開關（圖23b)。該壓磁元件之靜態的一優點為因為超導電性超極化子所產生之能量消耗低，故可僅於短時間内施加信號激勵持久性電流L。在適當地選擇聚合物基質的情況下，開關時間可短達約10 7秒。一旦感應，兩持久性電流八及夂皆可長時間相互作用，保持該聚合物基質之變形的穩定。前述光電子開關之流程圖並非唯一可能，可基於改變聚合物在界面上之折射率的原理而提出其他可能。 V 導電性超極化子之製造本發明具有咼電導係數之超極化子的製造包括三項要素：一摻雜劑、一有機分子、且該物質進行反應而形成超極化子。特定有機化合物可在約10-neVg圍内具有高離子化電 -44- 本紙張尺度適用中國國家標準(chs) A4規格(21〇 χ 297公釐)---— 552592 A7

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552592 A7 B7 五、發明説明（43 ) 離子化之能量，其包括純電子過程，不考慮在電荷分離之後於介質内之結構重組的附加過程。可在離子化進行之一種可能之次要過程係形成溶合外殼，其可逐漸出現於極性液體介質中，環繞已分離之正及負電荷。若提供部分能量增量，則該溶合具有能量優勢。在特定條件下，在含有適當濃度之極性基團的有機介質中，該能量增量一般不超過上至2eV。月’J述熱力學考置可產生兩項重要結果： ^ 一般有機縮合液體之内部離子化需要之5 3至6 5 ^乂的能量係介於數種有機介電質在具有約〇 23至約〇19奈米波長之遠紫外光範圍内的已知透明度限幅内。但在考慮約1至 2eV之附加增量的情況下，此種低能量對於安定之有機離子及自由電子的自發性生成仍然太高。該介質中因為臨時外在離子化因素（紫外光、電子束、或宇宙射線等）而附帶出現之任何自由電子皆可能具有相當有限之壽命·時間，且在離子化能源終止後會即時重組。 b)若使用外加摻雜劑作為自由電子之來源，則熱力學考慮會不同。來自摻雜劑之電子僅被放置於該系統之空能階中’其能#位置在有_合物質内。可使用與前文所述相同之熱力原理，以估計使摻雜劑在有機介質中保持穩定之離子化所需的能量。熟習該項技術者已知供自由電子使用之未被佔據能階在真空中位移至-低於自由電子之能階，如圖24情況b所示，如同下式：

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B7 B7 44 五、發明説明（ '^Med^lvac 1 卜 5.7 eV. 自外：摻雜劑形成穩定之離子及自由電子包括兩個步百先’電子迅速自該摻雜_1㈣直躍遷至 ^其次，所分離之電制相對慢迷溶合伴生結賴他。若 Free ES〇1 ID〇p其中Id〇p係為摻雜劑之離子化電位，則該方法具有熱力學優勢。考慮前述Μ估計下，約4.5至約 7广V或甚至更低之、值可在有機介電質中進一步生成穩疋之離子及自由電子。該特別之估計值在此僅供說明，可針對^他摻雜劑得到其他估計值，及/或選擇其他變數。此外月4述研九可應用於各式各樣或為液體或為固體形式之不同有機物質上，而與分子量無關。 Α 摻雜劑右離子化電位容許該摻雜劑之離子化，則通常任何推雜劑皆可使用於製造本發明超導電性超極化子。特別可使用之摻雜劑具有低於約7eV之離子化電位。下表i描述某些具有此範圍内之離子化電位的元件。（數據取自手 and electron affinities. Ed. V. Kondratyev, Moscow, Science，1974)，以提及方式併入本文中。 -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（45 ) 表I 元素及其離子化電位元素 Li Na K Rb Cs Sr Ba 離子化電位 (eV) 5.4 5.14 4.34 4.18 3.89 5.69 5.21 元素 A1 Ga In Ce Pr Nd Pm 離子化電位 (eV) 5.98 6.0 5.79 5.47 5.42 5.49 5.55 元素 Sm Eu Tb Dy Ho Er Lu 離子化電位 (eV) 5.63 5.66 5.85 5.93 6.02 6.1 5.43 除了前述表I所述之元素以外，可使用其他無機分子及基團。適當之分子及基團之實例提供於下表II中。表II 無機分子及基困基團 VO TaO CeO PrO NdO uo U02 離子化電位 (eV) 5·5± 1.0 6.0± 0.5 5·2± 0.5 4.9± 0.5 5·0± 0.5 5.72± 0.6 5.5± 0.1 基團 CaOH CaF CaCI _SrO SrOH Sr20 SrF 離子化電位 (eV) 5.9± 0.1 6·0± 0.5 6·0± 0.1 -48- 6·1± 0·5 5.55土 0.1 4·8± 0.5 4.9 土本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（46 ) 基團 Mo〇3 BaO BaOH BaF BaCl Li20 Cs20 離子4匕 6.2± 1.0 6.5± 0.3 4.5± 1.0 4.9± 0.3 5.0± 0.1 6.8± 0.2 4.45 電位 ± ·〇6 (eV) 除了無機分子及基團之外，可使用特定其他更複雜之有機分子及有機/元素化合物作為摻雜劑。該物質之實例係提供於下表III中。

表III 有機及元素-有機化合物 (C5H5)2Cr C(CH3)Fc (CO)3 5.5士 0.05 6.42± 0.05 分子或基（CH3)3CH N，N，N’，N’- (C5H5)2Ni 團四甲基-η-苯二胺離子化電位 6.93± 0.05 6.18± 0.03 6.2± 0.1 (eV) 前述表I、II及III所提供之摻雜劑實例僅供說明。可使用許多其他類型之摻雜劑，且仍包括於本發明範圍内。 B有機分子本發明特定超導電性超極化子可於部分有機液體中在特定熱力條件下自行組合。在許多一般有機物質中，價電子係牢牢地鍵結於化學鍵結中，可能存在之自由電子極少。特定具體實例中，期望選擇其中有機分子可輕易接受摻雜劑電子之有機分子及摻雜劑。若有機分子接受來自摻雜劑之電子，則可消除產生不帶電物質之副反應。根據一可能之理論，摻雜劑之化學不安定性係起因自相同之價電子可能參與副反應且同時可能變成自由電子。為了消除摻雜 -49- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（47 ) 劑形成不帶電產物之傾向，可選擇具有使其作為電子受體之化學結構的鹼性有機化合物。較易接受來自摻雜劑之電子的有機部分可降低副反應之機率。該種電子密度自摻雜劑移自受體之過程並非必要為摻雜劑的離子化。在某些具體實例中，即使是不完全離子化一本文稱為”預先”或”準-離子化”可消除形成副反應不帶電產物之可能。此外，在特定具體實例中，在準離子化之後，期望有機成份於所捕獲之電子與殘留於摻雜劑分子上之正電荷之間，提供充分大的預先空間分隔。就特定情況而言，在分隔電荷之前進行的空間電荷分隔較佳係藉溶合而安定化。期望摻雜劑與有機化合物之間的相互作用產生電荷轉移複合物，其可提供或無法提供最終自由電子。在特定具體實例中，特別期望迅速地形成電荷轉移複合物。該電荷轉移複合物可為自由電子與安定之有機離子的中間前驅體。此外，該前驅體可為巨分子化學結構之一部分或位於縮合介質中而成為相對低分子量之化合物。根據前述考慮，就本發明特定具體實例而言，所選擇之鹼性有機化合物可含有兩種不同之官能基：具有較高電子親和性（EA)之電子受體基團，及對於較高密度正電荷具有高親和性之分隔基團’本文稱為”正離子親和性基團 ”（”PIA”）。例如，質子受體基團可為PIA之一實例。若將摻雜劑D導入同時含有EA及？1八之> 質中，與該摻雜劑之相互作用可將該鹼性有機分子之至少一部分轉變成電荷轉移複合物，如以下關係所示： -50- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（48 ) (ΕΑ^ΊΡ-'ΡΙΑΙ^ 其中5 S1，且其中6係為價電子密度。若ΕΑ與ΡΙΑ基團之間存有適當之距離，則此類電荷轉移複合物可對應於電荷所需之預先空間分隔，唯正及負電荷皆仍被庫倫力所束缚。摻雜劑D之化學活性可在摻雜劑被捕捉於正電荷複合物形式[D· · ·ΡΙΑ]5 +之後降低。此情況下，該摻雜劑喪失一部分價電子密度（6 $ 1)。此等情況下，若PIΑ基團對於6之正電荷親和性接近1，則副反應之機率降低。此等條件可提供特定電荷轉移複合物之強度的定量估計。形成電荷轉移複合物前驅體之後，可形成兩個空間分隔之溶合外殼，環繞兩個已預先分隔的電荷。溶合方法可具有能量優勢，且當存在時，可產生更強之電荷分隔。溶合方法可為動力控制，且視時間及溫度兩者而定。在特別期望之摻雜劑與有機分子組合物中，迅速形成電荷轉移複合物之後有一個相對緩慢之周期，電荷分隔於此期間逐漸形成安定之有機離子及自由電子。根據下述之一可能流程圖·

EA&··.·.Dδ+ΡΙΑ ΕΑ5"-f ^DPIA 4-〇ω optional) -> EA+ee + +DPIA 此方法具有非零、正活化能量，因此，可藉著在適當之波長譜帶内之光量子加熱或輕射該物質而加速。此外，該 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（49 ) 反應可在不加熱或輻射的情況下，藉著長時間於環境溫度下退火而進行。前驅體形成及最終電荷分離可伴生分子之部分化學及結構重組。重組係發生於介質内之偶極基團具有充分移動性時。特定具體實例中，可期望發生於液體或黏稠液體介質中。若介質流動性相對高，則鹼性有機物質之分子及/或重量溶劑分子兩者皆可用以溶合離子及自由電子，提供能量優勢狀態。特別期望該分子含有具高偶極矩之基團。特定之其他情況下，可選擇具有相對低正電荷親和性之 PIA基團，5<<1，或因為EA與PIA基團間距離小而提供低空間電荷分隔。就該PIA基團而言，所考慮之價電子執道的密度不”脫離”摻雜劑，而保持分佈於EA基團及摻雜劑分子連接EA基團之其他部分上。此電子因此可產生所謂之”基團-陰離子性+陽離子”對，其中不成對電子之自旋方向可相等。若相同類型之兩基團相遇，則其可重組而形成新的安定化學鍵結，以防止強力之電荷分隔。基團之重組—而非離子化--可產生具有類似下述偶極基團之結構的不帶電分子產物： D匕(EA)-' 丨&-(EA)- D私一 D^EA)-5·1 r5--(EA)-D^. 例如，含有酯基（-C00-)或酮；i(>c = o)而具有效電子親和性之有機化合物可參與其在高溫下在惰性溶劑中與鹼金屬進行之化學反應，附帶形成基團-離子產物，其可進一步 -52- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（5〇 ) 變成電中性二酮結構。Mueller等人,Electrochem 45: 380 (1939); Morantz 等人，Trans_Faradav Soc. 51: 13 75 (1955)，兩參考資料皆以提及方式完全併入本文中。形成基團-陰離子+陽離子對之機率可藉著在對正電荷具有夠高之親和性的鹼性物質中提供PIA基團而降低。若EA 及PIA基團係包括於相同分子中，則具有適當之長度的間隔基的導入可於電荷之間提供充分之距離。適於形成本發明超極化子之許多前驅體可同時結合電荷轉移複合物及基團-陰離子+陽離子對之特性。在前驅體分子傾向形成基團-陰離子+陽離子對的情況下，其因此可期望選擇不利於副反應之反應條件。解決該項問題之一方式係考慮基團重組至不帶電物質内的方法，而最終電荷分隔至少部分於動力上受到控制。可進行兩種反應之相對速率係視化學反應之速率常數、化學反應之因次、及參與化學物質之濃度而定。若為速率與電荷轉移複合物之前驅體濃度成正比的一次反應，則最終電荷分隔可描述為該電荷轉移複合物前驅體的單分子衰變。該衰變反應之分子成分通常不需要長距離移動，因此其速率常數通常與介質之巨觀黏度無關。與電荷分隔反應相反地，基團-陰離子+陽離子對重組一般包括兩個基團相互作用，因此係為二次反應。二次化學反應之速率係與該前驅體之濃度"^平方成正比。在低濃度下’兩基團之間的平均距離可能大至其需於該介質中行進相當長距離之後，方能彼此相遇，因此，該相遇相對稀 -53- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（51 ) 少，而形成之反應速率則相對缓慢。因此，在會發生不期望之副反應的情況下，為了產生最終電荷分隔，期望選擇相對低濃度之反應物，使得該電荷轉移複合物之陰離子及陽離子濃度相對低。前驅體之濃度可低至不利於基團陰離子+陽離子對重組，而高至足以在該基質中提供期望之最終濃度自由電子。該介質之巨觀黏度亦可控制重組反應之速率。因此，基團陰離子+陽離子對重組可使用黏度高至足以將二次反應之速率降低至期望之低標準的有機聚合物物質而抑制。二次反應速率對於介質之黏度的相依性亦可應用於黏度遠低於巨分子物質之低分子量有機化合物。相反地，描述為一次反應而受期望之電荷分隔反應與黏度較不相依。因此，增加黏度係因實質降低不期望之二次反應的速率，而僅稍為降低期震之一次反應的速率，故具有優勢。如前文實例所述，所選擇之有機物質可在一分子中同時含有ΕΑ及ΡΙΑ基團。此外，可針對含有兩種不同分子之混合物的液體有機介質而得到本發明期望之超極化子。第一種可含有ΕΑ基團，第二種可含有ΡΙΑ基團。此等情況下，當摻雜劑D與該兩種分子中之至少一種相互作用時，可形成電荷轉移複合物。數種化學上不同之基團可視為適當之ΕΑ及ΡΙΑ基團。第一種基團’ ΕΑ基團，例如可包括含氧及含齒素之部分，如〉C = 0、-COO、-CHO ' >C = S、>CC1、>CF 等。第二種基團，ΡΙΑ基團，可包括〉NH、_NH2、-NHR、_NR2等（其中 -54- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 可使用鹼金屬作為摻雜劑五、發明説明（52 ) R係為有機基團）。此等EA及PIA基團可存在於各式各樣之不同脂族、芳族及/或有機-元素化合物中，可為前述電子_ 化學程序中之活性參與物，且可同時用以產生各式各樣之有機物質。適當之有機物質係包括具有可聚合之雙鍵及/或官能基以進行聚合、縮聚、或其他類似聚合之反應，以形成高分子量化合物者，其中可產生量子奈米導線。聚合物巨分子中，該EA及PIA基團可插入聚合物主鏈或側鏈中。該EA及PIA基團可位於彼此附近，或彼此遠離。聚酯、聚醯胺、聚酮及侧鍵以丙烯酸酯為主之聚合物、聚石夕氧烧、及聚乙稀S旨係為奈米導線製備特別期望之聚合物物質。僅供例示之其他適於形成本發明量子奈米導線的有機物質係包括下列者。當一分子中含有兩官能基W-C〇〇&NR2 視為PIA基團’不具有PIA基團而含有酯基（_c〇〇)或酮 (>C-0)(ΕΑ基團）之溶劑有機化合物亦可與鹼金屬摻雜劑應。然而，此等物質可經由基團-離子形成而產生電中性酮結構（參照併入本文之E.Mueller等人及〇等之參考資料）。此等情況下，期望在相同分子中提供ριΑ; 基’同時提供EA coo或〇〇基團，崎低形成基團陰i 子性+陽離子對的機率。期望在相同分子中選擇今^ 團，因為胺基與鹼金屬離子之正電荷的相互作用力κ強金屬原相提供之電子可與㈣-氧原子強力4目互作用:: 形成電荷轉移複合物，之後進行電荷分成。 π刀h及自由電子3 -55· 本紙張尺度適财S S家檩準(CNS) A4規格(21Gx297公爱)----------

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552592 A7 B7 五、發明説明（53 ) C具有巨分子離子之量子奈米導線本發明特定具體實例中，可使用有機巨分子製得量子奈米導線。此等產物可具有高至足以使其所製之結構穩定的黏度。視巨分子之尺寸而定，該黏度及其他性質可選擇以提供所期望之物理及化學性質。藉著使用較高分子量之分子，該黏度可高於使用低分子量巨分子或小型有機單體製得之聚合物物質的黏度。實施例以下實施例中，有機分子本身並非高導電性。低及高分子量仍保持絕緣狀態。在該有機介質中所形成之電子線反而可為超導電性。實施例編號1:在高黏度聚（甲基丙烯酸二甲胺基-乙酯）中之超導電性奈米導線進行以下系統之步驟，以形成含有在聚（曱基丙烯酸二甲胺基-乙酯）中製得之超導電性奈米結構的高黏度介質。每個步驟皆包括所示之個別次-步驟。步騍1:形成包含巨分子物質及摻雜劑之液體介質 (a) 兩克平均分子量為1〇〇,〇〇〇原子質量單元（amu)之聚 (曱基丙烯酸二曱胺基-乙酯）溶解於8克曱苯中，產生具有約 20重量百分比聚合物之溶液。此溶液係透明且無色。甲苯具有一若有--極低之極性。該聚合物兼具有胺基及酷基，各具有南偶極矩。取一滴溶液以分析其磁性。 (b) 裝有步驟（a)所形成之溶液的小型開口燒瓶加熱至65至 7〇°C歷經15分鐘。此步驟期間，實質移除氛圍中之空氣， -56- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）裝訂

552592 A7 B7 五、發明説明（54 ) 以曱苯取代，自該溶液移除微量之分子水及氧。 (c) 將小片（約0.04免）金屬鉀置入燒瓶中之溶液中。因為鉀之熔點係為63°C，故金屬熔化。鉀熔化時，其分佈於該溶液中，約30分鐘之後，熔化之鉀形成均勻、透明而具有淡紅棕色之液態介質。該顏色顯示鉀與溶解之聚合物之間相互作用，形成先前技藝之鉀-聚合物電荷轉移複合物。該過程係於30分鐘之後完成。取一滴此介質以分析其磁性。步驟2··生成巨分子離子及自由電子進行此步驟，以於具有高偶極矩之化學基團存在下，於巨分子物質及摻雜劑之間誘導更完全之電荷轉移反應，生成巨分子離子及自由電子。 (d) 自燒瓶取出約0.5克步驟（c)所製備之介質，與0.025至 0.05克之丙酮於玻璃片表面上混合。進行此步驟可同時增加易移動極性化學基團在介質中之強度及濃度。最後得到此液滴在玻璃上所佔據之面積約為5厘米2，故液體介質層之平均厚度約1毫米。此層薄至足以透射可見光及紫外光。取出另一滴介質，以於照光前分析其磁性。 (e) 步驟（d)所形成之液層使用來自電功率1〇〇至120瓦且燈泡長度3至4厘米之高功率汞燈的未過濾光線輻射1〇至15 分鐘。該燈產生寬譜帶電磁輻射，而燈泡與液層表面之間距約為10厘米。因為該燈之高功率，試樣之ί度稍為升高。曝照輻射期間之估計溫度約為40°C。照光之後，介質變成稍較之前黏稠。 -57- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（55 ) 步驟2完成之後，殘留介質變成淡黃色，顯示在此步驟2 中，在具有高偶極矩之化學基團存在下，於介質中誘發更完全之電荷轉移反應，形成安定之巨分子離子（”巨離子”）及自由電子。步騍3:形成量子奈来導線進行此步驟，使介質形成一相，其中巨分子物質超過5重量百分比，以使該自由電子形成該量子奈米導線。 (f) 輻射完成之後，製備五個黏稠液體之試樣，以測量其磁性。各式樣皆為借助玻璃刀取自玻璃表面之介質滴，置入由銅箔製得之小型籃中。所有籃之磁性皆置入磁強計中而預先測量，以確定其不含磁性污染物。放棄具有污染物之任何籃子。該試樣之原始質量在〇·〇25至〇·〇5克範圍内變化，而試樣質量因為低分子量溶劑緩緩蒸發而隨時間逐漸變化。試樣之製備及其謹慎之稱重花費約4〇分鐘。各試樣之室溫磁性測量值係介於0.01至6.8仟高斯範圍内，而花費約25至3〇分鐘。 (g) 在（a)、（c)及（d)點結束時取出之中間試樣具有正常低反磁性反應，與該成份已知之磁性相符。因此，所使用之所有化學物質皆未於該介質内造成磁性污染。在f)點結束時測量之所有五個最終試樣皆顯示強鐵磁反應。該鐵磁反應係對應於1<3 χ ^^每克範圍内之共同電子自旋濃度（即自由電子濃度），或假設介質密度約丨克乂厘米3 計算之近似1.3 X 1〇18盾半山奋， X ιυ厘禾。通常自由電子密度係為量子 -58·

552592 A7 B7 五、發明説明（56 ) 奈米導線之特色。該高電子密度之存在證明其於步驟3之f) 點上於介質中形成。 (h)次日，測量相同試樣，發現鐵磁信號稍為增高平均10 至15百分比，因為黏稠液體介質之溶劑蒸發。此種因為共同自旋濃度增加所致之鐵磁信號增加與多於40百分比之質量（或體積）有關。最終物質係為黏稠液體，介質中無相分離，因此不具有楊氏模數。而且，此物質含有穩定之量子奈米導線，及至少30至35重量百分比之巨分子物質濃度。下文詳述中，吾人提供其他本發明具體實例之描述。然而，僅提供明顯異於前述者之細節。實施例編號2:在低黏度聚（甲基丙烯酸N，N-二甲胺基乙酯）中之超導電性奈米導線其他具體實例中，聚合物基質係與實施例編號1相同，唯一差異為甲苯之原始量。此實施例中，曱苯之量係為48 克，而聚合物於溶液中對原始濃度係約2重量百分比。最終試樣之分析（步驟3，g)顯示量子奈米導線之鐵磁特性。提供特性鐵磁性質的奈米導線顯示溶劑蒸發，而介質中巨分子濃度超過5至6重量百分比。如同實施例編號1，實施例編號2係為液體，因此，不具有楊氏模數。儘管有機溶劑（曱苯）之原始用量不同，實施例編號1及2 皆為液體。因此，顯然使用相ί方式，但使用介於實施例編號1及2用量之間的溶劑量製得之產物亦為液體。實施例編號3:在液晶S聚合物中之超導電性奈米導線 -59- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 57 五、發明説明（實施例編號3中，使用共聚物，結合曱基丙烯酸二曱胺基乙酯（或丙烯酸二甲胺基乙酯）之鏈及下述生成中間相之基團其中 R, R, = H;CH， o = c o = c 1 y = o ；C = 〇; c 1 〇 Ο I I (―2)n 1 k = 2,3，‘·· 〇 (，)k I Y 1 N / \ I I z= C = 〇; C ch3 ch3 ^ I 〇 i rL· M = 〇CH.; o 〇C2H5 ; F; CN; ¥ Μ n « 3, 4, 5..., 10 )2; NH ; n(ch3) 特定具體實例中，選自前述通式4之以下特定物質 3y2

表IV 具餿實例1-4之超導電性超極化子的有機分子取代基具體實例1 具體實例2 具體實例3 具體實例4 n 4 5 8 6 k 2 2 2 3 R Η Η Η Η R, ch3 Η ch3 Η M CN och3 CN c4h9 Z 無 0-00 無益 Y 0 0-C=0 0 o-c=o 生成中間相之基團的化學結構可視折射率η及取代基Y、 Ζ及Μ之選擇而變化。聚合物鏈中包括之基團已知形成聚合物液晶結構。若由比例Q=x:(x+m)表示之中間相形成基團之濃度夠高，則共聚物保持相同能力。實施例編號3中，該共聚物係依實施例編號1及2之方式處 -60- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（58 ) 理，於由0.01至約1之寬幅中間相形成基團濃度（"Q”）範圍内形成量子奈米導線。在Q〉25百分比之濃度範圍内，已發現在接近室溫下分析之最終物質係結合穩定之奈米導線及聚合物液晶狀態，佔有該物質之85至90百分比以上的體積，在溶劑部分蒸發後，巨分子物質之含量超過50重量百分比。實施例編號4··在其他共聚化聚合物中之超導電性奈米導線實施例編號4中，所使用之共聚物包含曱基丙烯酸二曱胺基乙酯（或丙烯酸二甲胺基乙酯）之鍵及丙烯酸己酯之鍵。即使丙稀酸己酯鍵之含量超過80百分比，仍形成奈米導線。實施例編號4所得之物質與先前物質相異之處有二：a)其係非晶形，及b)AtQ〉80百分比時，其玻璃態化溫度低於室溫。因此，在室溫下為液體，非固體，因此無楊氏模數。在溶液中低濃度（<5重量百分比）巨分子物質下製得特定量子奈米導線的製造特色係為所生成之自由電子的濃度不足以形成可使用磁強計偵測之量子奈米導線的數量。因此，可使用以下方法中至少一種，以增加自由電子之濃度。首先，可如同實施例編號1-4所述般地蒸發過量溶劑，以製得超導電性元件。其次，巨分子物質之溶解度可藉著添加聚合物分子之沉降劑而降低。該沉降劑之化學性質視情況相異，應個別依所使雨之聚合物的特定化學結構選擇。通常可使用相對較差之溶劑。例如，醇諸如曱醇可適用於以聚（丙烯酸酯）為主之聚合物及共聚物的沉降，而非 -61 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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五、發明韵曱苯。因為沉降德於、:々杰，丨士1

之巨为子物貝》辰沒超過約5重量百分比時相。當該亞相中可得到可使用磁強計偵測之奈米重量數量。在附加產物中’鈉金屬可取代鉀作為摻雜劑。製造量子奈米導線之方法中的唯—差異係為步驟1，點c)應於高於 loot之溫度下進行，因為鈉於97 8。〇下熔化。 D使用低分子量有機離子製得之量子奈求導線前述物質中，製造方法實質上與實施例丨至4所描述相同。因此，在下文描述中，僅描述相異之細節。無特定資訊相反地意指對應之步驟係與實施例丨至4相同。製造實施例5至7所描述之量子奈米導線時，介質通常係根據前述步驟1¾成，且根據步驟1(c)摻雜鹼金屬至步驟 2，但在形成自由電子步驟期間不含巨分子物質。巨分子物質係於步驟3之後形成。實施例編號：5至7 此二類具體κ例及方法的描述係同時提供，因為其中准一差異係使用不同之有機單體作為起始物質，以形成液體介質。在起始物質之間差異明顯之處適當地指出中間物及/ 或最終產物之性質差異步騍1:形成包含低分子量物質二反摻雜劑之液體介質 (a)實施例5、6或7所述之具體實例的溶液各藉著添加甲苯及對應之低分子量下述編號1(#1;MW = 431 amu)、編號本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 552592 A7 B7 五、發明説明（60 ) 2(#2;MW=157 amu)及編號3(#3;MW=226 amu)的單體，自以下出示為編號1、2及3而作為離子形成物質的有機單體製得。該溶液之濃度個別係為8重量百分比、2.9重量百分比，及4.2重量百分比，使得所有溶液之莫耳濃度約略相等。此等單體及曱苯之溶液係於65°C下製備。 CH = CH # 1 1 什1 〇 = c 1 #2 #3 〇 1 ch = c~ch3 9 i 0 CH = C-CH3 2 I ° (CH2)12 2 1 o = c ^ \ o = c I 0 I 1 ο 1 0 1 (CH2)2 Ν (叩 2)9 ch3 o = c I / \ ch3 ch3 (C⑼ 八 ch3 ch3 (b) 各溶液中摻雜鈉金屬。鈉之最終濃度係介於〇.1至0.5 重量百分比之間。即使於約60°C下（低於鈉之熔點），單體編號1及2之溶液將鈉完全輕易地溶解，但在單體編號#3之溶液中，即使在溫度增加至高於鈉熔點，鈉仍僅部分溶解。步驟1結束時，所有三種溶液皆具有類似之淡紅棕色，表示形成鈉摻雜劑與單體之複合物。步驟2:生成低分子量離子及自由電子步驟2係如實施例編號1至4般地進行。步驟2在介質中，於具有高偶極矩化學基團的有機單體與摻雜劑之間誘發更完全之電荷轉移，生成低分子量有機離子及自由電子。 (c) 單體編號1、2及3於其前述化學結構中含有極性基 -63- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（61 ) 團。該極性基團在單體編號1中係為酯基、酮基及胺基，在單體編號2中係為S旨基及胺基，而在單體編號3中係為醋基。因為單體編號1中之酮基，故非必要添加丙酮於該混合物中。添加少量（約0.1重量百分比）丙酮於溶液編號2及3 中。 (d) 在攪拌之下，溶液直接於玻璃燒瓶中照射汞燈。燒瓶係作為濾光器，移除輻射光譜之遠紫外光部分，而防止過早聚合。照光之所有其他條件皆與前述實施例編號1至4相同。完成步驟2之後，燒瓶中液體之顏色為淡黃色，表示已發生更完全之電荷轉移反應，導致低分子量化學物質之離子化，且出現溶合形式之自由電子。步驟3:形成量子奈米導線進行步驟3以形成一個包含巨分子物質之相，該巨分子物質係包含自該低分子量離子產生之經離子化化學物質。該相中之高於5重量百分比之含量使得自由電子形成量子奈米導線。 (e) 該溶液自玻璃燒瓶移至石英燒瓶中，因為石英可透射用以起始本體聚合之紫外光輕射。在添加該溶液於燒瓶之前，該燒瓶係加熱15分鐘，以蒸發少量曱苯，且移除任何微量之空氣及/或水。在攪拌下使用電磁輻射照射备溶液，如前使用相同汞燈。該聚合程序進行15至18小時，使得溶液黏度明顯增加。形成之黏稠液體介質含有溶劑、微量聚合之低分子量 -64- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 552592 A7 B7 五、發明説明（62 ) 成份及巨分子物質，包括自步驟2生成之低分子量離子所產生之經離子化單元。因為溶液中需為電中性，故自由電子以被巨分子物質溶合之方式存在。 (f)自實施例5至7所述之所有三種物質的各個步驟收集黏稠相試樣，進行磁性測量。當單體之起始含量高於5重量百分比時，在由單體編號1所製得之聚合物介質中發現量子奈米導線之鐵磁特性。單體編號2所製之聚合物介質的試樣在溶劑大幅蒸發之後及巨分子物質含量變成大於6至8重量百分比之後，顯示類似量子奈米導線的特性。兩情況下，共同電子自旋（即自由電子）之平均濃度皆介於1〜2xl018厘米，即使在溶劑完全蒸發之前亦然。若為單體編號3之試樣，則僅在所分析之介質中的巨分子物質含量超過40重量百分比之後出現量子奈米導線特性。該結杲係與單體編號3在步驟 1期間溶解該鈉摻雜劑的能力降低有關。物質編號5、6及7的對應最終非晶形聚合物具有不同之玻璃態化溫度，其中Tg1〉Tg2>Tg3。此等產物各為黏稠液體，因此不具有楊氏模數。已知此處所提供之特定具體實例描述係僅供說明。使用本發明之教示，可進行且可輕易製造其他具體實例，而仍包括於本發明範圍内。此外，所提出之作用機制及操作理論不構成限制。其他機制及理系可能可說明本發明之操作，而該機制及理論亦包括於本發明範圍内。本發明所列示之所有參考資料皆以提及方式完全併入本文中。 -65- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）裝訂

552592 A7 B7 五發明説明（63 工業應用性本發明量子奈米導線在電子學、半導體製造、生物感測器、開關、電動機及其他期望小型且低功率消耗特色的裝置領域中，具有極廣泛之應用性。 -66- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims

552592 _56號專利申請案 :凊專利範圍替換本(92年7月）

利範圍 • 一種具有至少一量子奈米導線之組合物，該量子奈米導線包括： U)巨分子基質； (b) 偶極來源； (c) 摻雜劑；及 (d) 至少一自由電子。 2· 一種具有至少一量子奈米導線之組合物，該量子奈米導線包括： (a) 包括有偶極之巨分子基質； (b) 摻雜劑；及 (c) 至少一自由電子。 3·如申請專利範圍第1項之組合物，其中該組合物至少一部分包括至少一離子及至少一溶合自由電子。 4.如申請專利範圍第1項之組合物，其中該量子奈米導線係具有大於約1〇7安培/厘米2之載流量。 . 種在；丨貝中製造量子奈米導線之方法，其包括下列步驟· U)形成黏稠介質，其包括巨分子物質，其包括偶極； (b)添加摻雜劑； (0於該巨分子物質與該摻雜劑之間進行電荷轉移反應，產生至少一離子及至少一自由電子；及 ⑷使該巨分子物質、該離子、該電子、及該推雜劑於該介質中形成量子奈米導線。 O:\76\763 16-920724 DOC\ 5 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐) ________ 圍狀祀利專請中 A B c D ’ 一種在基質中製造量子奈米導線之方法，其包括下列步騍： U)形成黏稠介質，其包括巨分子物質； (b) 添加偶極來源至該介質； (c) 添加摻雜劑至該介質； (d) 進行電荷轉移反應，於該介質中產生至少一離子及至少一自由電子；及 (e) 使該介質於該基質中形成該量子奈米導線。 .如申請專利範圍第θ項之方法，其中該電荷轉移反應係於该偶極來源與該摻雜劑之間進行。 8·如申請專利範圍第5項之方法，其另外包括使該介質固化之步驟。 9·—種製造量子奈米導線之方法，其包括步驟有： (a) 形成黏稠介質，其包括低分子量物質； (b) 添加摻雜劑； (c) 於該低分子量物質與該摻雜劑之間進行電荷轉移反應，產生至少一離子及至少一自由電子；及 ⑷使該至少-離子、該至少_電子、及該介質形成巨分子物質及該量子奈米導線。 10 ·如申請專利範圍第9項方 %之万法，其另包括添加偶極來源之步驟。 11.如申請專利範圍第9項貝又万法，其中該介質中之低分子量物質的重量百分比係約5百分比或較高。 1 2. —種導電性物質，其包含 O:\76\76316-920724 [ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格釐-----— 552592 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (a) 絕緣基質；及 (b) 多條位於其中之量子奈米導線，其載流量高於約 1〇7安培/厘米2。 13. 如申請專利範圍第12項之物質，其中該載流量在由約0愷爾文（Kelvins)至該基質分解溫度之溫度範圍内係高於約 1〇7安培/厘米2。 14. 如申請專利範圍第9項之方法，其中在該步驟（d)中，載流量係高於約1〇7安培/厘米2。 -3- O:\76\76316-920724 DOC\ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）