[发明专利]用于分子传感器件的多电极结构及其制造方法

说明书

能在分子传感器器件中使用的结构包括限定衬底平面的衬底、以及与衬底平面成角度地附着到衬底的间隔开的电极片对。该结构还包括在每个电极片对中的每个电极片之间的内部介电片、以及在每个电极片对之间的外部介电片。进一步公开了用于制造用于分子传感器的结构的制造方法，包括电极层和介电层的倾斜角度沉积、所得堆叠的平面化、以及去除每个内部介电片的端部以在其中形成凹槽。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月26日提交的名称为“Multi-Electrode MolecularSensing Devices and Methods of Making the Same(多电极分子传感器件及其制造方法)”的美国非临时专利申请序列第15/220,307号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及纳米制造和纳米电子学。更具体地，本公开涉及诸如器件堆叠的结构、以及可在用于感测和分析分子(包括基因组测序和DNA测序)的器件中使用的结构的制造。

背景技术

分子分析在诸如精密医学或纳米技术的各种领域中受到越来越多的关注。一个示例包括用于测序基因组的分子的分析。Avery在1946年的开创性工作证明DNA是确定生物体特征的材料。然后，在1953年，Watson和Crick首先描述了DNA的分子结构，为此他们获得了1962年的诺贝尔医学奖。该工作清楚地表明，DNA分子的化学字母(碱基)序列编码基本生物信息。自从这一发现以来，一直致力于开发实际实验测量该序列的方法。1978年，Sanger引入了第一种用于系统测序DNA的方法，并获得了1980年的诺贝尔化学奖。

用于测序基因组的基本方法在20世纪80年代后期在商业仪器平台中自动化，其最终使得能够在2001年对第一人类基因组进行测序。这是十年来大规模的公共和私人努力的结果，耗资数十亿美元，并依赖于数千种专用DNA测序仪器的输出。这项努力的成功促动了许多“大规模并行”测序平台的开发，其目标是急剧地降低人类基因组测序所需的成本和时间。这种大规模并行测序平台通常依赖于在高度微型化的微流体形式中同时处理数百万至数十亿的测序反应。这些中的第一个由Rothberg在2005年发明并商业化为454平台，其成本和仪器时间减少了数千倍。然而，454平台仍然需要大约一百万美元并且花费一个多月来对基因组进行测序。

进一步改进测序的质量和准确性、以及降低成本和时间仍然是需要的。尤其正确的是，使基因组测序对在精确医学中广泛使用具有实践性，其中期望对具有临床质量等级的数百万个体的基因组进行测序。

虽然许多DNA测序技术利用具有荧光报道分子的光学装置，但是这种方法可能是累赘的、检测速度慢的、并且难以大规模生产来进一步降低成本。无标签DNA或基因组测序方法提供不必使用荧光型标签过程和相关光学系统的优点，特别是当与可以快速地且以廉价方式实现的电子信号检测结合时。

在这方面，某些类型的分子电子器件可以通过在分析物分子附着到电路时测量电子信号变化来检测单分子、生物分子分析物，例如DNA、RNA、蛋白质和核苷酸。这种方法是无标签的，因此避免使用复杂、庞大和昂贵的荧光型贴标装置。

虽然目前的分子电子器件可以电子测量分子用于各种应用，但是它们缺乏以实际方式快速感测多达数百万分析物所需的可扩展性和可制造性。这种高度可扩展的方法对于DNA测序应用特别重要，其通常需要分析数百至数十亿的独立DNA分子。此外，由于所需的高精度，现有分子电子器件的制造通常是昂贵的。

发明内容