TWI418516B - 奈米粒子膜與其形成方法與應用 - Google Patents

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Description

奈米粒子膜與其形成方法與應用
本發明係關於奈米粒子膜與其形成方法與應用。
奈米科技已被發展成一種可靠的技術，用於製造更微小的元件以執行更精密的功能。其中，因具有獨特性質，奈米粒子(nanoparticle)成為發展新穎材料的基石。例如，奈米粒子的特性是由量子物理而不是由古典物理決定，材料特性可能由材料表面的物理特性決定，材料表面的特性可透過自組裝單層修飾而變更。
包括金屬、半導體、有機、磁性、絕緣、超導體等各種材質與各種形狀的奈米粒子，已由文獻所合成或製備。為發揮其獨特性質，奈米粒子通常被形成或組裝在一基板上，換句話說，一奈米粒子膜可被定義成一薄膜其上具有一維、二維或三維排列的奈米粒子。
而形成在基板上一維、二維或三維排列的奈米粒子通常顯示與材料主體不同的性質，此特性可應用於各種領域。例如，表面電漿子(surface plasmon)存在於金屬材料與一介電材料介面的集體電子震盪產生的物理現象，當金屬材料的尺寸是奈米級，光激發在界面的表面電 漿子，造成電漿共振(plasmon resonance)。近年來，各種形式的電漿共振，例如表面電漿共振(surfaceplasmon resonance；SPR)、局部電漿共振(localized plasmon resonance；LPR)、集體電漿共振(collective plasmon resonance；CPR)，已經應用在化學與生物領域的物質分析，例如各種聚合物、脫氧核糖核酸(DNA)、蛋白質等的分析。
最近，許多研究專注於近場耦合(near-field-coupled)貴金屬奈米粒子系統，因其具有可調控的電漿共振性質，是奈米電漿子材料是否可被廣泛應用所不可缺少的特性。在這些系統中，由兩相鄰奈米粒子在近場範圍內構成電漿共振雙體(plasmonic dimer)的耦合效應已廣泛被研究。另外，研究指出膠體金奈米粒子陣列可形成電漿子晶體，並顯示出集體電漿共振特性。本案發明人先前的研究亦證實，二維陣列自組裝的金奈米粒子超晶格，可顯示出集體電漿共振的性質。而集體電漿共振的波峰位置，可透過調整奈米粒子的間距而改變。另外，Tao等的研究以銀奈米粒子構築三維的表面電漿子結晶。(Prodan,E.,Radloff,C.,Halas,N.J.& Nordlander,P.A hybridization model for the plasmon response of complex nanostructures.Science 302,419- 422(2003)；Su,K.-H.,Wei,Q.-H.,Zhang,X.,Mock,J.J.,Smith,D.R.& Schultz,S.；Interparticle coupling effects onplasmon resonances of nanogold particles.Nano Lett.3,1087-1090(2003)；Nordlander,P.,Oubre,C.,Prodan,E.,Li,K.& Stockman,M.I.Plasmon hybridization in nanoparticle dimers.Nano Lett.4,899-903(2004)；Jain,P.K.,Huang,W.& El-Sayed,M.A.On the universal scaling behavior of the distance decay of plasmon coupling in metal nanoparticle pairs：A plasmon ruler equation.Nano Lett.7,2080-2088(2007)；Yang,S.-C.,Kobori,H.,He,C.-L.,Lin,M.-H.,Chen,H.-Y.,Li,C.,Kanehara,M.,Teranishi,T.&Gwo,S.Plasmon hybridization in individual gold nanocrystal dimers：Direct observation of bright and dark modes.Nano Lett.,vol.10,632-637(2010)；Tao,A.,Sinsermsuksakul,P.& Yang,P.Tunableplasmonic lattices of silver nanocrystals.Nature Nanotechnol.2,435-440(2007)；Chen,C.F.,Tzeng,S.D.,Chen,H.-Y.,Lin,K.-J.&Gwo,S.Tunableplasmonic response from alkanethiolate-stabilized gold nanoparticle superlattices：Evidence of near-field coupling J.Am.Chem.Soc.130,824-826(2008)；Tao,A.R.,Ceperley,D.P.,Sinsermsuksakul,P.,Neureuther,A.R.& Yang,P.Self-organized silver nanoparticles for three-dimensional plasmonic crystals.Nano Lett.8,4033-4038(2008))。
文獻提到數種方法可形成奈米粒子膜，例如滴下膠體金奈米粒子溶液於基板後再乾燥、電泳沈積、利用交聯劑交聯奈米粒子形成膜等等。習知方法以層接層的方式形成多層的金奈米粒子膜，而傳統的層接層方式是利用不同層之間的靜電吸引力自組裝而成，為使相異層具有不同電極性，以電鍍方式或化學交聯劑(例如雙硫醇類(dithiols)的交聯劑)達到目的，此方法的原理雖然簡單但是過於繁複。交聯劑會大幅降低個別奈米粒子的移動性，阻礙排列成序的超結晶形成。因此，眾文獻提供的習知方法並無法做到緊密 列(close-pasked)與大面積或大尺寸排列有序的奈米粒子膜。另外，眾習知技術方法所製備的三維奈米粒子膜，並不具有層與層之間的電漿子耦合，無法成為一種三維的電漿共振材料。另外，習知層接層的方法還具有製程時間過長、非晶體形結構、膜厚有限、均勻度不佳等缺點。
另外，以自組裝方式形成奈米粒子膜的方法在實務上還遭遇一些問題。現今的方法，難以形成一有序排列並達晶圓級尺寸的二維或三維奈米粒子膜。迄今，以自組裝方式形成的三維奈米粒子膜，其尺寸皆限制於次毫米(sub-milimeter)級。因此，於實務上有需要一種新的形成奈米粒子膜的層接層方法，這種新的方法必須是可控制各種沈積的參數，並可類比於以分子束磊晶技術形成半導體元件的方法。如果這些要求能做到，實務上形成三維奈米粒子膜並使其具有可應用的性質，例如電漿共振，並控制該性質的目的就能達成。因此，在奈米科技領域的一大挑戰，如何形成一大尺寸自組裝的奈米粒子膜，其具有可控制的整體性質。特別是，大尺寸、自我組裝、三維的奈米粒子膜應具有可控制的特性，例如電漿共振，使該奈米粒子膜可應用於製備各種新穎的材料或應用於各種領域。因此，亟需提供一種新的奈米粒子膜與其形成方法，以符合上述需求。
本發明的目的之一在於提供一種大尺寸與自我組裝的奈米粒子膜並具有可控制的特性以應用於各種領域。特別是，該奈米粒子膜具有同層與層與層之間的相鄰奈米粒子為近場耦合的特點。
根據上述目的或其他目的，本發明一實施例提供一種奈米 粒子膜的形成方法，包含先製備具有溶劑與過飽和奈米粒子的奈米粒子溶液，且奈米粒子表面具有表面配位分子，接著浸沒一基板於奈米粒子溶液後再拉出，以形成第一奈米粒子單層於基板上，構成一奈米粒子膜。
根據上述目的或其他目的，本發明另一實施例提供一種奈米粒子膜，包含一或多層奈米粒子單層，奈米粒子單層由二維奈米粒子陣列構成，其中相鄰奈米粒子係近場耦合，並透過改變奈米粒子單層層數，調控奈米粒子膜的表面電漿共振性質。
1‧‧‧光阻層
2‧‧‧基板
3‧‧‧圖案化光阻層
4‧‧‧奈米粒子膜
5‧‧‧圖案化奈米粒子膜
6‧‧‧基板
7‧‧‧奈米粒子單層
7A‧‧‧奈米粒子單層
7B‧‧‧奈米粒子單層
8‧‧‧奈米粒子溶液
圖1顯示根據本發明一實施例之一具有十八烷硫醇表面配位分子的金奈米粒子；圖2A顯示根據本發明一實施例，以浸泡塗佈的方式，將上述亞穩態、過飽和的金奈米粒子溶液塗佈在一基板上，形成一金奈米粒子單層於基板上；圖2B顯示根據本發明實施例所製備的奈米粒子單層的場發射掃描電子顯微鏡圖；圖3A顯示根據上述實施例所製備之具有奈米粒子單層的奈米粒子膜；圖3B顯示圖3A的奈米粒子單層，再經過電漿處理，使奈米粒子單層之奈米粒子的表面配位分子被進一步改質；圖3C顯示圖3B的奈米粒子單層，以浸泡塗佈的方法，再形成另 一奈米粒子單層於原先的奈米粒子單層上；圖3D顯示以圖3C的方法所製備的奈米粒子膜；圖3E顯示根據本發明一實施例所製備具有20層奈米粒子單層的奈米粒子膜的場發射電子顯微鏡圖；圖4A至圖4D顯示根據本發明另一實施例以微影舉離方法(lithography and lift-off)形成圖案化的奈米粒子膜；圖5A至5D顯示根據本發明一實施例以微影舉離法所形成的一圖案化金奈米粒子膜的掃描電子顯微鏡圖；圖6例示根據本發明實施例的大尺寸奈米粒子膜，其中在橫向(transverse)與縱向(longitudinal)相鄰的兩奈米粒子皆為近場耦合；圖7顯示根據本發明實施例之金奈米粒子膜形成在矽基板上的場發射電子顯微鏡圖；以及圖8與圖9顯示根據本發明實施例所製備不同奈米粒子單層層數的奈米粒子膜的光反射與吸收(穿透)圖譜。
以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未 描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。
本發明將提供簡單、有效，由下至上組裝的方法沈積一緊密排列(close-packed)、二維或三維(多層)的大尺寸奈米粒子膜。以本發明的方法形成的奈米粒子膜可被應用於分析領域、光電裝置、電子裝置或其他裝置等等。
以下描述本發明的一實施例。首先，金奈米粒子以一標準方法溶於大約100ml的水，該標準方法參見Slot,J.w.&Geuze,H.J.Anew method of preparing gold probes for multiple-labeling cytochemistry.Eur.J.of Cell Biol.,38,87-93,(198)5。第二，取10ml濃度100mM的十八烷硫醇(1-octadecanethiolate，CH3(CH2)17SH)的甲苯溶液與10ml濃度100mM的溴化四辛基銨(TOAB，Tetraoctylammonium bromide，[CH3(CH2)7]4N(Br))甲苯溶液添加於80ml的甲苯中。第三，混合金奈米粒子水溶液與上述甲苯溶液並攪拌，並以加熱裝置如熱盤控制溫度大約150℃加熱該混合溶液。該兩相混合溶液持續被加熱，直到金奈米粒子從水溶液跑到甲苯溶液。第四，分離該混合溶液，使具有金奈米粒子的甲苯溶液分離出來；藉此，一奈米粒子溶液具有表面配位分子(ligand molecules)的奈米粒子與甲苯溶劑已經製備完成待用。
圖1顯示根據本發明一實施例之一具有十八烷硫醇表面配位分子改質的金奈米粒子。
經過純化之後，一控制添加量的界面活性劑(surfactants)，例如10μl濃度10mM的TOAB甲苯溶液，可加入上述奈米粒子溶液，以形成一相分 離的奈米粒子「液層」懸浮在奈米粒子溶液的表面上。於較佳實施例，金奈米粒子在奈米粒子溶液中被控制在亞穩態(metastable)與過飽和(supersaturated)的狀態。
在本發明另一實施例，奈米粒子溶液，例如金奈米粒子溶液，是直接由一單相溶劑，例如甲苯，所製備而成。於此實施例，不需要使用二相修飾法，但是奈米粒子仍需要保持在過飽和的狀態。
圖2A顯示根據本發明一實施例，以浸泡塗佈(dip coating)的方式，將上述亞穩態、過飽和的金奈米粒子溶液8塗佈在一基板6上，形成一金奈米粒子單層7於基板6上。如圖2A，將基板6以大約垂直液面的角度浸入溶液8內再拉出，即可形成奈米粒子單層7於基板上。基板6的材質可以是石英、銦錫氧化物(indium tin oxide；ITO)、矽、聚合物、金等或其他材質。在浸泡塗佈的程序之中，奈米粒子溶液可控制在室溫，或者控制在較高的溫度，例如在70℃較高的溫度可增加奈米粒子溶液的毛細引力。
圖2B顯示根據本發明實施例所製備奈米粒子單層的場發射掃描電子顯微鏡(field-emission scanning electron microscopy；FE-SEM)圖。高速傅立葉轉換(fast Fouier transform)與統計分析得到該奈米粒子單層的晶格常數(lattice constant)大約是9nm、奈米粒子的平均直徑大約是6nm、因此其中兩相鄰奈米粒子的間距大約是3nm。
與習知的Langmuir-Blodgett層接層方法相較，本發明的實施例方法的優點在於其不需要將奈米粒子散佈與壓緊的程序，這是由於過飽和奈米粒子溶液的自我補充(self replenishment)性質。另外，本實施例方法的組裝機制是一種快速自組裝方法，組裝一奈米粒子單層在 約2公分平方或以上尺寸的基板上，只需要幾秒鐘便可以完成。
值得注意的是，根據本發明實施例，如果沒有進一步改質表面配位分子，僅能形成單一奈米粒子單層。並且，如果將已形成奈米粒子單層的基板再次浸沒於前述的奈米粒子溶液，則奈米粒子單層上的金奈米粒子，將會再溶回奈米粒子溶液。因此，為了建構更多層的奈米粒子單層，必須將奈米粒子單層所暴露出的官能基，轉換或修飾成一排斥奈米粒子溶液的溶劑(此例為甲苯)的官能基。但是，先前所製備的奈米粒子通常其表面配位分子呈現對稱分佈，因此僅能形成單一奈米粒子層。因此，為了形成多層結構，必須使奈米粒子單層變成具有兩面神(Janus)特性的奈米粒子單層，亦即，使奈米粒子的表面具有兩種不同的特性。為達此目的，本發明實施例採用美國專利申請案，申請號12/502,226，題為”Method for Modifying Surface in Selective Areas and Method for Forming Patterns”，所描述的電漿表面改質技術完成上述需求，該專利申請案的全文併入本文，視為本案說明書的一部分。
圖3A顯示根據上述實施例所製備具有表面配位分子之奈米粒子單層的奈米粒子膜。每個奈米粒子可約略分成一暴露邊與一隱藏邊，隱藏邊朝向基板方向，暴露邊朝向與基板相反的方向。
圖3B顯示圖3A的奈米粒子單層，再經過電漿處理，使奈米粒子單層之奈米粒子的表面配位分子(surface ligand molecules)被進一步改質。利用電漿改質技術，暴露邊的甲基官能基被轉換成含氧的官能基，例如羰基(一COOH)，其為在金奈米粒子溶液中斥溶劑(solvent-phobic)性的官能基。經過改質之後，奈米粒子單層表面具有斥溶劑性官 能基的獨特性質。參照圖3C，當具有已轉換官能基之奈米粒子單層7A的基板6，再次浸沒於該金奈米粒子溶液8時，不會使奈米粒子單層7A溶解回甲苯，且能以類似磊晶的方式，形成另一金奈米粒子單層7B於原先的金奈米粒子單層7A上，如圖3D所示。
經由重複上述改質與浸泡塗步步驟，具有多層奈米粒子單層的奈米粒子膜即可完成。圖3E顯示根據本發明一實施例所製備具有20層奈米粒子單層的奈米粒子膜的場發射電子顯微鏡圖。上述以電漿處理進行表面改質的方法，可透過一遮罩(mask)進行，以形成具有一或多層之圖案化(patterned)奈米粒子單層的奈米粒子膜。在一實施例，遮罩是以一種彈性材質製成，例如聚二甲基矽氧烷(PolyDiMethylSiloxane，PDMS)。另外，圖4A至圖4D顯示根據本發明另一實施例以微影舉離方法(lithography and lift-off)形成圖案化的奈米粒子膜。參照圖4A，光阻層1被形成於基板2上。參照圖4B，以傳統微影技術將光阻層1圖案化，形成圖案化光阻層3。參照圖4C，以前述實施例的方法，形成具有一或多層奈米粒子單層的奈米粒子膜4於圖案化光阻層3與基板2表面上。參照圖4D，以一可清除圖案化光阻層3的溶劑「舉離」去除圖案化光阻層3，即可獲得一圖案化奈米粒子膜5。
圖5A至5D顯示根據本發明一實施例，以上述微影舉離法所形成的一圖案化金奈米粒子膜的掃描電子顯微鏡圖。其中圖5A的放大倍率是63.46K，圖5B為110.49K，圖5C為242.65K，圖5D為300.82K。
另外，根據本發明，奈米粒子膜的奈米粒子單層的數量，不僅可以逐層增加，也可以逐層減少。為了去除具有多層奈米粒子單層 之奈米粒子膜的最上層，必須先將最上層奈米粒子單層所暴露出的官能基轉換或修飾成親溶劑(奈米粒子溶液的溶劑，本例為甲苯)的官能基。之後將基板浸沒於溶劑，例如甲苯中，即可去除最上層的奈米粒子單層。而將暴露官能基轉換成親溶劑性官能基的方法，可使用前述電漿改質方法，或使用自我組裝方法，其亦記載於前述的美國專利申請案12/502,226。例如，如果暴露邊所暴露的官能基是羥基(hydroxyl group)，可以自組裝技術連接一十八基三氯矽烷(OTS，OctadecylTrichloroSilane)分子，則暴露的官能基變成甲基。
雖然本發明的較佳實施例使用金或銀奈米粒子作為例示，本發明其他實施例用於形成奈米粒子膜的奈米粒子包含金屬、磁性物質、半導體材料、聚合物、或前述材質的任意組合所製備的奈米粒子。另外，在多層奈米粒子單層的結構中，不同層的奈米粒子單層可具有不同的奈米粒子，也可具有不同形狀的奈米粒子，例如球形、奈米柱(nanorod)、奈米殼(nanoshell)、奈米籠(nanocage)、奈米星(nanostar)、雙三角錐(bipyramid)、八面體(octahedral)與其他類似形狀等等。例如，一第一奈米粒子單層是以金奈米粒子形成，而一第二奈米粒子單層，由銀奈米粒子構成，形成在第一奈米粒子單層之上。前述的各種奈米粒子可包含一核心的部分以及一包覆層在核心的表面上，且核心與包覆層可包含不同的材質，例如核心可為非金屬材質，而包覆層可為金屬材質。另外，上述的各種奈米粒子可購買自商業產品或由實驗室合成或製備。
根據本發明實施例的方法，三維、大面積、多層結構的 奈米粒子膜已被製備完成。特別是，本發明提供的奈米粒子膜的重要特徵之一是，不僅在相同奈米粒子單層中(intra-monolayer)相鄰的奈米粒子為近場耦合(near-field coupled)，且在相異奈米粒子單層(inter-monolayer)之間相鄰的奈米粒子亦為近場耦合。圖6例示根據本發明實施例的大尺寸奈米粒子膜，其中在橫向(transverse)與縱向(longitudinal)相鄰的兩奈米粒子皆為近場耦合。
本發明實施例所製備的奈米粒子膜可有各種應用，例如，可作為光電裝置或電子裝置的元件，例如太陽能電池、發光二極體、光二極體、薄膜電晶體、光偵測器或其他裝置的元件。另外，本發明實施例所製備的奈米粒子膜可應用於一種光譜裝置的元件以偵測一物質。
圖7顯示根據本發明實施例之金奈米粒子膜形成在矽基板上的場發射電子顯微鏡圖。緊密排列的金奈米粒子膜在可見光區域顯示出集體電漿共振，進一步的光反射與光穿透圖譜(未示於圖)顯示集體電漿共振的原因是同層奈米粒子單層間的電漿子耦合，亦即橫向共振，T-mode，而集體電漿共振的波長，大約在568nm，因此由反射圖譜可觀察到微綠色的光。同樣，光穿透圖譜之紫色是由於金奈米粒子的電漿共振波長較長，因此發射出較多藍色的光與較少紅色的光，因此可觀察到紫色的光。
圖7的奈米粒子膜的光學圖譜分析(未顯示)結果顯示，在奈米粒子膜的縱向，也具有縱向電漿共振，亦即L-mode，這是異層奈米粒子單層間相鄰奈米粒子之間的電漿子耦合造成的結果。並且，與橫向電漿共振的共振峰固定在同一波長相較，縱向電漿共振的共振峰的位置可變動，且共振峰的位置與奈米粒子單層的層數量息息相關。對於金奈 米粒子膜的實施例而言，橫向電漿共振(T-mode)的共振波長大約在468nm(藍光)，而橫向電漿共振與各種縱向電漿共振(L-mode)波長(依層數而不同)結合，使得在反射圖譜的可見光波長範圍內，可觀察到各種顏色如彩虹般的光。
圖7a與7b顯示10層(10ML)金奈米粒子單層成在矽基板上。高解析度的圖7b顯示奈米粒子膜的奈米粒子在膜成長方向(縱向)亦呈現緊密排列。而圖7c與7d顯示，本發明實施例的奈米粒子膜可具有至少20層(20ML)或30層(30ML)的奈米粒子單層。由於奈米粒子膜在橫向與縱向的奈米粒子都是緊密排列，因此具有強烈的橫向電漿共振與縱向電漿共振，證明本發明實施例所製備的奈米粒子膜是一種三維電漿子晶體結構，具有可調整的集體電漿共振特性。
圖8與圖9顯示根據本發明實施例所製備不同奈米粒子單層層數的奈米粒子膜的光反射與吸收(穿透)圖譜，其中圖8a為金奈米粒子膜，圖8b為銀奈米粒子膜。本發明的特徵之一是利用使奈米粒子單層的奈米粒子具有雙面特性，克服習知技術使用交聯劑的缺點，使多層結構的奈米粒子膜，在層與層之間亦具有縱向電漿共振。圖8a的左半部分顯示金奈米粒子膜在橫向電漿共振(T-mode)的集體電漿共振(CPR)。當奈米粒子單層的層數較少時，基板效應與半透明(semi-transparency)效應較大，使反射共振峰的位置與吸收共振峰(如圖上小圓圈所示)的位置未能十分契合。當奈米粒子單層的層數增加到10層以上，於橫向電漿共振T-mode，反射共振峰的位置大約固定在568nm，並與吸收共振峰的位置相同，與理論上此厚度被期待的整體(bulk)特性相符。例外，當層 數大於10，反射谷(reflectance dip，如圖上標示m=1倒三角形所示)開始出現，此與比較樣品一濺鍍(sputtering)金膜的測試結果(圖8a的虛線)相較，有很大不同。當奈米粒子單層的層數增加，反射谷的波長位置也跟者增加，當層數超過20，反射谷的位置超出偵測的極限。而圖8a的右半部分圖示顯示，反射谷的出現表示縱向電漿共振出現，且隨者層數增加，共振峰波長往近紅外光移動。圖8b顯示銀奈米粒子膜的橫向電漿(T-mode)共振峰的波長固定在約468nm，而縱向共振峰的位置，在可見光範圍內，每增加一層銀奈米粒子單層，就會改變。圖8亦顯示高階的縱向電漿共振，以m=2或m=3的反射谷表示，隨者層數增加，反射谷的波長也增加。由於金或銀奈米粒子的不透明性，以及多層數的結構更增加其不透明性等佐證，圖8a與8b更證明強烈的縱向電漿共振原因是來自於相異奈米粒子單層間的電漿子耦合。圖9顯示根據圖8的金與銀奈米粒子膜的反射谷(reflection dip)波長與奈米粒子單層層數之間的關係，其中，若在低層數(m=1)反射谷的層數為N，則其特性在層數增加為mN(m不等於1，m=2,3…等整數)時，反射谷的特性會重複出現。
以上，本發明實施例提供具有可調整電漿共振特性的奈米粒子膜，電漿共振特性可由奈米粒子膜的奈米粒子單層的層數、奈米粒子的材質與大小、相鄰奈米粒子的間距等因素決定。
本發明實施例雖只例示金或銀奈米粒子膜作為開發新穎電漿共振材料，如前所述本發明其他實施例也能使用其他奈米粒子或材料形成奈米粒子膜，且形成奈米粒子膜所需的基板不一定是平坦的，也可是不平坦的基板，例如一曲面。本發明提供的方法，可類比半導體磊晶技術，可據以製造各種具有奈米材料特性的結構或元件，應用於 各種領域。特別是，本發明的奈米粒子膜具有強烈層與層之間的電漿子耦合且其奈米粒子單層的層數可達相當數量，是設計新穎電漿共振材料所不可或缺的關鍵技術。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
6‧‧‧基板
7A‧‧‧奈米粒子單層
7B‧‧‧奈米粒子單層
8‧‧‧奈米粒子溶液

Claims (16)

  1. 一種奈米粒子膜的形成方法，包含：製備一奈米粒子溶液，該奈米粒子溶液包含一溶劑與複數個過飽和的奈米粒子，該些奈米粒子表面具有表面配位分子；以及浸沒一基板於該奈米粒子溶液後再拉出，以形成一第一奈米粒子單層於該基板上，該第一奈米粒子單層構成一奈米粒子膜；其中該第一奈米粒子單層的每個奈米粒子包含一隱藏邊與一暴露邊，該隱藏邊朝向該基板，該暴露邊朝向與該基板相反的方向，在該暴露邊的奈米粒子的暴露官能基，以一電漿改質方法將其轉換成斥該溶劑性的官能基。
  2. 如申請專利範圍第1項的形成方法，其中該電漿改質方法透過一遮罩進行。
  3. 如申請專利範圍第1項的形成方法，尚包含以申請專利範圍第1項的步驟，形成一或多個奈米粒子單層於該第一奈米粒子單層上。
  4. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中該奈米粒子膜包含兩個具有不同奈米粒子的奈米粒子單層。
  5. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中任兩個奈米粒子單層具有相同的奈米粒子。
  6. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中該包含有一或多個奈米粒子單層的奈米粒子膜，被形成在該基板上的一圖案化光阻層的上表面上，以及形成在該基板上未被該圖案化光阻層佔據的表面上，接 著該圖案化光阻層被去除，形成一圖案化奈米粒子膜。
  7. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中位於最上層的奈米粒子單層其暴露邊的暴露官能基，被轉換成一親該溶劑性的官能基，接著該基板被浸沒於該溶劑或一溶液包含該溶劑，以將最上層的奈米粒子單層自該奈米粒子膜去除，其中該官能基轉換是藉由該電漿改質方法或一自組裝方法。
  8. 如申請專利範圍第7項的形成方法，其中該電漿改質方法透過一遮罩進行。
  9. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中於相同奈米粒子單層內相鄰的奈米粒子是互相近場耦合(near-field coupled)。
  10. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中於相異奈米粒子單層之間相鄰的奈米粒子是互相近場耦合(near-field coupled)。
  11. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中該些奈米粒子的材質包含金屬或包含一核心與一金屬包覆層包覆該核心。
  12. 如申請專利範圍第11項的形成方法，其中該金屬奈米粒子包含金、銀、銅、鐵、鉑、鈀、鋁、鈦、釩、鉻、鎳、鉭、鎢、錫、鎵、鈷或其組合。
  13. 如申請專利範圍第1項的形成方法，其中該些奈米粒子包含金奈米粒子或銀奈米粒子，該表面配位分子包含烷基硫醇(alkanethiols)。
  14. 如申請專利範圍第1項的形成方法，其中該基板包含石英、銦錫氧化物(indium tin oxide)、矽、聚合物、陶瓷或金屬基板。
  15. 如申請專利範圍第3項的形成方法，其中該奈米粒子 膜具有可調整的電漿共振性質。
  16. 如申請專利範圍第15項的形成方法，其中該可調整的電漿共振性質係決定於奈米粒子單層的數量、奈米粒子的尺寸、與相鄰奈米粒子的間距。
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