[发明专利]一种精确可控的纳米孔制造方法

说明书

本发明涉及纳米加工的技术领域，更具体地，涉及一种精确可控的纳米孔制造方法，包括：安装第一电极丝和第二电极丝，所述第一电极丝的一端插入液腔中，所述第二电极丝的一端接触芯片上需形成纳米孔的位置；在所述第二电极丝的表面加工沟槽状的亲水结构，并采用盐溶液润湿第二电极丝的表面；第一电极丝的另一端以及第二电极丝的另一端通电在芯片的两端施加电压；当纳米孔的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；清洗芯片并干燥。本发明不仅能实现纳米孔的精确定位，而且能实现所需孔径的纳米孔的精确制造，制造方法简单高效，适用范围广泛，解决了电击穿制造纳米孔无法精确定位、聚焦离子束制造孔径不稳定的难题。

技术领域

本发明涉及纳米加工的技术领域，更具体地，涉及一种精确可控的纳米孔制造方法。

背景技术

根据纳米孔的组成材料，纳米孔技术大致可以分为两类。一种是与生物材料相关的“生物纳米孔”，另一种是与半导体材料相关的“固态纳米孔”。生物纳米孔和固态纳米孔共同使用的最常见的DNA测序方法是检测DNA转运过程中通过纳米孔的离子电流的变化，并从粒子电流的变化中识别出四种类型的核苷酸。由于每个核苷酸分子的结构差异很小，为了提取由四种类型的核苷酸产生的离子电流变化，纳米孔的直径必须和DNA的直径在相同数量级上；除此之外，为了在空间上区分DNA中的每个核苷酸，纳米孔的侯素也必须和核苷酸之间的距离在相同数量级上。

虽然生物纳米孔提供了更大的灵敏度和更低的噪声特性，但由于其脆弱的脂质双层结构，以及被限制在非常特殊的操作条件下使用，并且通过它的需要是非常小的分子；而固态纳米孔提供了更高的耐久性、更好的热力学性能、更灵活的尺寸以及形状调整能力，有利于大量生产并降低生产成本。通常在薄膜表面使用聚焦离子束或电子束打孔，孔径及孔形貌可以通过调整光束参数或后续使用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)进行缩孔，扩孔及孔形貌的变化。但是，由于离子束种类的不同，使用参数的不确定性，很难精确可控电子束及离子束形成形成所需孔径的纳米孔。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精确可控的纳米孔制造方法，能够实现纳米孔的精确定位以及实现所需孔径的纳米孔的精确制造，制造方法简单高效，应用范围广泛。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种精确可控的纳米孔制造方法，所述纳米孔开设于芯片上，所述芯片固定在液池中，所述液池设有填充有盐溶液的液腔；所述制造方法包括以下步骤：

S10.安装第一电极丝和第二电极丝，所述第一电极丝的一端插入液腔中，所述第二电极丝的一端接触芯片上需形成纳米孔的位置；

S20.在所述第二电极丝的表面加工沟槽状的亲水结构，并采用盐溶液润湿第二电极丝的表面；

S30.第一电极丝的另一端以及第二电极丝的另一端通电在芯片的两端施加电压；

S40.当纳米孔的孔径不断扩大至所需孔径时，立即停止施加电压；

S50.清洗芯片并干燥。

本发明的精确可控的纳米孔制造方法，将第二电极丝移动到所需形成纳米孔的位置进行加工，实现纳米孔的精确定位；通过监测实时电流的大小控制纳米孔孔径，实现所需孔径的纳米孔的精确制造；本发明解决了电击穿制造纳米孔无法精确定位，聚焦离子束制造孔径不稳定的难题。

优选地，所述芯片表面铺设有薄膜结构，所述薄膜结构选自纳米级单层薄膜、微米级单层薄膜、微米级多层复合薄膜、纳米级多层复合薄膜中的一种，所述薄膜结构的厚度为5nm～100nm。本发明可以在米级单层薄膜、微米级单层薄膜、微米级多层复合薄膜、纳米级多层复合薄膜上制备纳米孔，适用范围广泛。

优选地，所述薄膜结构选自氮化硅薄膜、氧化硅薄膜或氮化硅/氧化硅/氮化硅三层薄膜中的一种。