[发明专利]一种双层纳米孔的制造方法

说明书

本发明涉及微纳器件制备的技术领域，更具体地，涉及一种双层纳米孔的制造方法，包括以下步骤：S10.提供三层纳米薄膜样品，三层纳米薄膜结构包括自上而下设置的第一纳米薄膜、第二纳米薄膜以及第三纳米薄膜；S20.对三层纳米薄膜结构采用离子束刻蚀出三层纳米通孔；S30.对经S20刻蚀的三层纳米薄膜结构对中间层进行各向同性刻蚀；S40.对经S30处理的三层纳米薄膜结构进行加热，第一纳米薄膜和第三纳米薄膜同时缩孔，直至获得所需孔径的双层纳米孔。本发明在离子束刻蚀纳米孔后高温加热实现缩孔，能够制造与DNA等单分子直径相当直径的纳米孔，克服了大部分聚焦离子束无法直接制造直径20nm以下的纳米孔的难题。

技术领域

本发明涉及微纳器件制备的技术领域，更具体地，涉及一种双层纳米孔的制造方法。

背景技术

使用纳米孔进行DNA分子碱基序列的识别已经研究20年。当DNA分子在电场力的作用下穿过纳米孔时，改变纳米孔内的离子电流幅值，并借该电流幅值的改变来识别不同的碱基。因为碱基对之间的间隙很小，在0.34nm。所以科学家们一直追求更薄的纳米孔来提高碱基序列识别时的垂直分辨率，如使用石墨烯，二硫化钼，氮化硼等超薄材料制作成的纳米孔。在应用时，常需要采用与DNA直径相当孔径的纳米孔来进行碱基序列的识别以提高水平分辨率。然而，目前采用石墨烯制作纳米孔时部分DNA吸附在孔壁造成纳米孔阻塞，且DNA分子在溶液中的热运动的影响常常被忽略。上述缺陷均制约着基于固态纳米孔的基因测序技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双层纳米孔的制造方法，能够实现孔径小的纳米孔的可控制造，同时实现动力学校对，并且可以实现芯片上多纳米孔或纳米孔阵列的同时制造、多芯片的同时制造，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种双层纳米孔的制造方法，包括以下步骤：

S10.提供三层纳米薄膜样品，三层纳米薄膜结构包括自上而下设置的第一纳米薄膜、第二纳米薄膜以及第三纳米薄膜；

S20.对步骤S10中所述三层纳米薄膜结构采用离子束刻蚀出三层纳米通孔；

S30.对经步骤S20刻蚀的三层纳米薄膜结构对中间层进行各向同性刻蚀；

S40.对经步骤S30处理的三层纳米薄膜结构进行加热，第一纳米薄膜和第三纳米薄膜同时缩孔，直至获得所需孔径的双层纳米孔。

本发明的双层纳米孔的制造方法，将离子束与高温加热缩孔结合，克服了传统离子束无法直接制造出直径20nm以下的纳米孔的难题，能够实现与DNA等单分子直径相当孔径纳米孔的制造；且本发明工艺简单，能够与CMOS工艺兼容，具有较好的拓展性，在单分子检测等领域有着广泛的使用前景和应用价值。

优选地，所述第一纳米薄膜为Si₃N₄薄膜，所述第二纳米薄膜为SiO₂薄膜，所述第三纳米薄膜为Si₃N₄薄膜。由于步骤S30中间层刻蚀和步骤S40加热缩孔过程的要求，本发明的三层薄膜结构必须是由Si₃N₄/SiO₂/Si₃N₄组成，且三层纳米薄膜采用气相沉积的方法逐层沉积得到。

优选地，第一纳米薄膜的厚度范围在5nm～30nm，第二纳米薄膜的厚度范围在20nm～200nm，第三纳米薄膜的厚度范围在5nm～30nm。第二纳米薄膜的设置为了起到隔离的作用，避免在制造过程中第一纳米薄膜和第三纳米薄膜之间发生相互影响；也为了在加工过程中形成中心空腔结构，降低DNA过孔速率。

优选地，步骤S20中，所述离子束采用液态金属离子源，所述离子束选自镓离子束、铱离子束、金离子束、氩离子束、氖离子束、氦离子束，氙离子束中的一种。