[发明专利]具有用于分子识别的纳米孔的隧道结的制造

说明书

本技术的实施例可允许改进的和更可靠的隧道结以及制造隧道结的方法。电气短路问题可通过沉积不具有尖锐侧壁和拐角而是相反地具有倾斜或弯曲侧壁的电极来减少。沉积在电极层顶部上的层可然后能够充分覆盖下面的电极层，并且从而减少或防止短路。另外，两个绝缘材料可用作介电层，可减少不完全的覆盖的可能性和剥落的可能性。此外，电极可从接触区域到结区域逐渐减小，以提供薄的电极，在该薄的电极处，孔被图案化，而较厚的接触区域减少薄层电阻。电极还可被图案化为在接触区域处较宽并且在结区域处较窄。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月9日提交的美国临时申请号62/654,894的优先权，出于任何和所有目的，其内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本申请涉及使用隧道结来对分子进行分析的系统、制造这种系统的方法以及使用这种系统的方法。这种对分子的分析可以包括对生物聚合物（诸如核酸）进行测序。

背景技术

纳米孔具有检测单个分子的能力，这是化学和生物检测领域中很有前途的技术。例如，纳米孔可用于核酸测序。固态纳米孔是用于快速进行生物感测的分子感测技术的一种类型。在一些情况下，固态纳米孔在两个电极之间的离子液体中形成通道。这两个电极可不是纳米孔自身的一部分，但是可定位在离子液体中。当分子穿过纳米孔通道时，通过通道的电流和其他电特性发生变化。这些电特性可以提供关于分子的信息，但是制造问题可能使鉴定核酸分子中的单独的核苷酸变得困难。

纳米孔装置使用隧道效应识别。隧道效应识别基于将核酸的核苷酸放置在电极之间，电极可能在纳米孔装置自身中。核苷酸的轨道将允许电子从一个电极转移到另一个电极，从而产生隧道电流。固态纳米孔的尺寸和其他特性可能难以适应大规模生产工艺。为了用离子电流对核酸分子进行测序，纳米孔尺寸可能需要在纳米量级，例如小于2 nm。产生这样大小的通道可能需要精确且昂贵的技术。然而，减小纳米孔的尺寸可能导致纳米孔用作感测装置所需的不完全或不良润湿。仍然需要用于化学和生物检测的含纳米孔装置的设计和可制造性方面以及涉及该装置的工艺的改进。设计和可制造性改进不应以牺牲准确和精确的分析为代价。这些和其他问题通过本文档中描述的技术来解决。

发明内容

对于隧道结，两个金属电极之间的薄电介质是期望的。隧道结可包括穿过电极和电介质的孔。制造具有纳米量级的尺寸的这些隧道结是困难的。为了对准的目的，电极可以彼此垂直地图案化。然而，电极的垂直对准可导致由电极的尖锐侧壁和覆盖尖锐侧壁的薄电介质造成的短路。另外，薄电介质自身可能是短路的不良屏障。来自电极的金属可嵌入在电介质中。金属和介电材料可能剥落，从而产生空隙和短路的可能性。此外，电极厚度也可能带来挑战。因为孔可在电极中被图案化，所以薄电极可使图案化更容易。然而，薄电极也导致薄层电阻增加。

本技术的实施例可允许改进的且更可靠的隧道结以及制造隧道结的方法。通过沉积不具有尖锐侧壁和拐角而是相反地具有倾斜或弯曲侧壁的电极，可以减少电短路问题。沉积在电极层顶部上的层可然后能够充分覆盖下面的电极层，并因此减少或防止短路。另外，两种绝缘材料可用作介电层，从而降低不完全覆盖的可能性和剥落的可能性。此外，电极可从接触区域到结区域逐渐减小，以在孔将要被图案化的地方提供薄电极，而较厚的接触区域减小了薄层电阻。电极也可以被图案化为在接触区域处较宽，并且在结区域处较窄。

参考以下详细描述和随附附图，可获得对本发明实施例的本质和优点更好地理解。

附图说明

图1A示出了根据本发明实施例的金属-绝缘体-金属结。

图1B和1C示出了根据本发明实施例的固态纳米孔装置的视图。

图1D图示了根据本发明实施例的固态纳米孔装置的区域。

图2示出了根据本发明实施例的系统200的示意图，该系统200具有不带有竖直侧壁的电极的装置201。