本發(fā)明屬于納米孔，具體涉及一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法。

背景技術(shù)：

1、固態(tài)納米孔技術(shù)，作為一種新興的納米尺度的生物傳感器，憑借其無(wú)標(biāo)簽和實(shí)時(shí)生物傳感的特性，已經(jīng)在單分子生物學(xué)、基因組學(xué)和藥物篩選等多個(gè)領(lǐng)域引發(fā)了巨大的關(guān)注。其卓越的高可靠性和高靈敏度，預(yù)示著它可能成為下一代測(cè)序技術(shù)的核心基石。因此，深入研究并精密制造小尺度的固態(tài)納米孔，對(duì)于推動(dòng)生物檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步、深入探索生命奧秘以及疾病預(yù)防等方面都具有舉足輕重的意義。

2、發(fā)展固態(tài)納米孔的精密制造技術(shù)，對(duì)于提升制造精度和穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。這種技術(shù)的突破不僅能夠極大地推動(dòng)生物檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步揭開(kāi)生命科學(xué)的神秘面紗，而且還在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面展現(xiàn)出巨大的潛力。一旦制造技術(shù)達(dá)到成熟水平，它將為產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程鋪平道路，從而有效提高人們的生活質(zhì)量。

3、控制擊穿技術(shù)是一種用于實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)固態(tài)納米孔低成本制造的有效方法。然而，該技術(shù)制備的固態(tài)納米孔在氮化硅窗口上的位置呈現(xiàn)出較大的隨機(jī)性，這種不確定性極大地限制了固態(tài)納米孔的可視化觀察。此外，控制擊穿技術(shù)在制備過(guò)程中存在一個(gè)顯著挑戰(zhàn)，即它只適用于制造單個(gè)納米孔。當(dāng)嘗試在同一材料上制備第二個(gè)納米孔時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致之前制備的第一個(gè)孔出現(xiàn)無(wú)法預(yù)期的擴(kuò)大，從而嚴(yán)重影響了檢測(cè)通量，使得該技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)或高通量應(yīng)用中受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述控制擊穿制備納米孔中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，該方法操作簡(jiǎn)單、所制備納米孔孔徑可調(diào)節(jié)、納米孔制備位置確定、可以在氮化硅膜上制備多個(gè)納米孔等優(yōu)點(diǎn)。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，包括下列步驟：

4、s1、在硅晶片表面上化學(xué)氣相沉積二氧化硅層；

5、s2、在二氧化硅層上通過(guò)低溫化學(xué)氣相沉積低應(yīng)力的氮化硅膜；

6、s3、在氮化硅膜上沉積尋址電極；

7、s4、在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口；

8、s5、將沉積有尋址電極的氮化硅芯片通過(guò)引線(xiàn)鍵合的方式連接到pcb電路板上；

9、s6、將氮化硅芯片與pcb電路板安裝在溶液池中間；

10、s7、通過(guò)源表來(lái)施加擊穿電壓在pcb電路板的接線(xiàn)柱和與氮化硅膜背面接觸的電解質(zhì)溶液，pcb電路板上的8個(gè)獨(dú)立撥動(dòng)開(kāi)關(guān)用于控制施加電壓所作用的尋址電極；

11、s8、設(shè)置閾值電流，當(dāng)觀測(cè)到納米孔的漏電流達(dá)到閾值電流之后，將源表的施加電壓降為0v；

12、s9、計(jì)算所制備納米孔的孔徑。

13、所述s1中硅晶片的厚度范圍為200um-400um，所述二氧化硅層的厚度范圍為400nm-600nm，所述s2中氮化硅膜的厚度范圍為20nm-30nm。

14、所述s3中尋址電極的厚度范圍為25nm，所述尋址電極制備有8個(gè)，所述尋址電極的材料為金，所述尋址電極的寬度為10um，所述尋址電極的尖端的長(zhǎng)度與寬度分別為2.5um與500nm。

15、所述s4中在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口的方法為：硅晶片背面與二氧化硅層在30％?koh溶液中蝕刻8小時(shí)，蝕刻出500um*500um的氮化硅窗口，在硅晶片表面的尋址電極上設(shè)置pdms墊片進(jìn)行保護(hù)。

16、所述s6中將氮化硅芯片與pcb電路板安裝在溶液池中間的方法為：氮化硅芯片背面一側(cè)溶液池通入3.6m的licl溶液，通過(guò)兩側(cè)的pdms墊片來(lái)保持電解質(zhì)溶液的密封與緩沖保護(hù)作用，所述licl溶液的ph為8，所述licl溶液的電導(dǎo)率范圍為15.5s/m-17.5s/m。

17、所述s6中的pcb電路板上留有一個(gè)接線(xiàn)柱用于源表與pcb的連接，接線(xiàn)柱連接有8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)，8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)分別連接到了氮化硅芯片上的8個(gè)尋址電極，通過(guò)這8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)來(lái)控制8個(gè)尋址電極的工作與否，從而在一個(gè)氮化硅膜上獨(dú)立制備出8個(gè)納米孔。

18、所述s8中設(shè)置閾值電流范圍為180na-230na。

19、所述s9中計(jì)算所制備納米孔的孔徑的方法為：

20、

21、其中：d為納米孔的孔徑，l為氮化硅薄膜厚度，g為納米孔電導(dǎo)，σ為電解溶液電導(dǎo)率。

22、一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的裝置，包括keithley?2636b雙通道源測(cè)量單元、網(wǎng)線(xiàn)、計(jì)算機(jī)、法拉第籠、ag/agcl電極、pdms墊片、氮化硅芯片、溶液池、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、pcb電路板，所述keithley?2636b雙通道源測(cè)量單元分別與ag/agcl電極和pcb電路板電連接，所述keithley?2636b雙通道源測(cè)量單元通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)連接，所述溶液池設(shè)置有兩個(gè)，兩個(gè)溶液池均設(shè)置在法拉第籠內(nèi)，所述氮化硅芯片與pcb電路板安裝在兩個(gè)溶液池之間，所述ag/agcl電極伸入溶液池內(nèi)，所述氮化硅芯片設(shè)置在pcb電路板上，所述pcb電路板上留有一個(gè)接線(xiàn)柱，所述接線(xiàn)柱連接有8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)，所述pdms墊片安裝在氮化硅芯片上。

23、所述氮化硅芯片包括硅晶片、二氧化硅層、氮化硅膜、尋址電極、二氧化硅鈍化層，所述二氧化硅層設(shè)置在硅晶片上，所述氮化硅膜設(shè)置在二氧化硅層上，所述尋址電極設(shè)置在氮化硅膜上，所述二氧化硅鈍化層設(shè)置在尋址電極上，所述pdms墊片安裝在尋址電極上。

24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是：

25、本發(fā)明通過(guò)在尋址電極上施加負(fù)電壓來(lái)克服這一限制。由于電子直接由金屬尋址電極提供，因此無(wú)需依賴(lài)氧化反應(yīng)，從而顯著增加了氮化硅膜上的傳導(dǎo)效率。這種改進(jìn)使得在更低的電壓下即可實(shí)現(xiàn)氮化硅膜的擊穿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了納米孔的精確定位制備。此外，本發(fā)明在氮化硅膜上沉積了8個(gè)金屬尋址電極，并通過(guò)pcb電路板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)精確控制這些電極的激活狀態(tài)。這一設(shè)計(jì)使得我們可以在單個(gè)芯片上獨(dú)立、精確地制備多個(gè)納米孔，從而大大提高了分子檢測(cè)的通量。本發(fā)明的技術(shù)不僅為固態(tài)納米孔與微納芯片的集成制造提供了新的可能性，而且通過(guò)實(shí)現(xiàn)氮化硅膜上多個(gè)納米孔的定位制備，推動(dòng)了分子檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，為未來(lái)的生物醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用提供了新的工具和方法。

技術(shù)特征：

1.一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：包括下列步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s1中硅晶片的厚度范圍為200um-400um，所述二氧化硅層的厚度范圍為400nm-600nm，所述s2中氮化硅膜的厚度范圍為20nm-30nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s3中尋址電極的厚度范圍為25nm，所述尋址電極制備有8個(gè)，所述尋址電極的材料為金，所述尋址電極的寬度為10um，所述尋址電極的尖端的長(zhǎng)度與寬度分別為2.5um與500nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s4中在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口的方法為：硅晶片背面與二氧化硅層在30％koh溶液中蝕刻8小時(shí)，蝕刻出500um*500um的氮化硅窗口，在硅晶片表面的尋址電極上設(shè)置pdms墊片進(jìn)行保護(hù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s6中將氮化硅芯片與pcb電路板安裝在溶液池中間的方法為：氮化硅芯片背面一側(cè)溶液池通入3.6m的licl溶液，通過(guò)兩側(cè)的pdms墊片來(lái)保持電解質(zhì)溶液的密封與緩沖保護(hù)作用，所述licl溶液的ph為8，所述licl溶液的電導(dǎo)率范圍為15.5s/m-17.5s/m。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s6中的pcb電路板上留有一個(gè)接線(xiàn)柱用于源表與pcb的連接，接線(xiàn)柱連接有8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)，8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)分別連接到了氮化硅芯片上的8個(gè)尋址電極，通過(guò)這8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)來(lái)控制8個(gè)尋址電極的工作與否，從而在一個(gè)氮化硅膜上獨(dú)立制備出8個(gè)納米孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s8中設(shè)置閾值電流范圍為180na-230na。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：所述s9中計(jì)算所制備納米孔的孔徑的方法為：

9.一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的裝置，該裝置用于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，其特征在于：包括keithley?2636b雙通道源測(cè)量單元(1)、網(wǎng)線(xiàn)(2)、計(jì)算機(jī)(3)、法拉第籠(4)、ag/agcl電極(5)、pdms墊片(6)、氮化硅芯片(7)、溶液池(8)、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)(9)、pcb電路板(10)，所述keithley?2636b雙通道源測(cè)量單元(1)分別與ag/agcl電極(5)和pcb電路板(10)電連接，所述keithley2636b雙通道源測(cè)量單元(1)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)(2)與計(jì)算機(jī)(3)連接，所述溶液池(8)設(shè)置有兩個(gè)，兩個(gè)溶液池(8)均設(shè)置在法拉第籠(4)內(nèi)，所述氮化硅芯片(7)與pcb電路板(10)安裝在兩個(gè)溶液池(8)之間，所述ag/agcl電極(5)伸入溶液池(8)內(nèi)，所述氮化硅芯片(7)設(shè)置在pcb電路板(10)上，所述pcb電路板(10)上留有一個(gè)接線(xiàn)柱，所述接線(xiàn)柱連接有8個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)(9)，所述pdms墊片(6)安裝在氮化硅芯片(7)上。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的裝置，其特征在于：所述氮化硅芯片(7)包括硅晶片(11)、二氧化硅層(12)、氮化硅膜(13)、尋址電極(14)、二氧化硅鈍化層(15)，所述二氧化硅層(12)設(shè)置在硅晶片(11)上，所述氮化硅膜(13)設(shè)置在二氧化硅層(12)上，所述尋址電極(14)設(shè)置在氮化硅膜(13)上，所述二氧化硅鈍化層(15)設(shè)置在尋址電極(14)上，所述pdms墊片(6)安裝在尋址電極(14)上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于納米孔技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于尋址電極獨(dú)立制備多個(gè)納米孔的方法，包括下列步驟：在硅晶片表面上化學(xué)氣相沉積二氧化硅層；在二氧化硅層上沉積的氮化硅膜；在氮化硅膜上沉積尋址電極；在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口；將氮化硅芯片連接到PCB電路板上；將氮化硅芯片與PCB電路板安裝在溶液池中間；設(shè)置閾值電流，當(dāng)觀測(cè)到納米孔的漏電流達(dá)到閾值電流之后，將源表的施加電壓降為0V；計(jì)算所制備納米孔的孔徑。本發(fā)明通過(guò)在尋址電極上施加負(fù)電壓來(lái)克服這一限制，無(wú)需依賴(lài)氧化反應(yīng)，從而顯著增加了氮化硅膜上的傳導(dǎo)效率。這種改進(jìn)使得在更低的電壓下即可實(shí)現(xiàn)氮化硅膜的擊穿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了納米孔的精確定位制備。

技術(shù)研發(fā)人員：王艷紅,武京治,李海軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/28