纳米间隙电极装置和系统及其形成方法制造方法及图纸

本公开内容提供了生物聚合物检测装置和系统，以及用于形成这样的装置和系统的方法。用于检测生物聚合物的装置包括被配置用于引导生物聚合物的通道，以及位于该通道的一部分中的一对电极。所述一对电极具有与所述通道的相邻表面共面的表面。所述一对电极的表面在所述装置的使用期间暴露，以支持借助于所述一对电极来检测生物聚合物或其一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求提交于2014年4月28日的日本专利申请序列号JP2014-093079和提交于2015年5月2日的日本专利申请序列号JP2014-095163的优先权，上述文献通过引用而全文并入于此。
技术介绍
最近，在相对的电极之间提供纳米尺度间隙的电极结构(下文称为“纳米间隙电极装置”)受到关注，并且已开展了对其中使用纳米间隙电极装置的电子装置、生物装置(生物技术装置)等的积极研究。例如，在生物装置领域，已经考虑使用纳米间隙电极装置来分析脱氧核糖核酸(DNA)碱基序列的分析仪(例如，参见通过引用而全文并入于此的WO2011/108540)。在实践中，分析仪允许单链DNA分子穿过纳米间隙电极装置的电极之间的纳米尺度间隙(下文称为“纳米间隙”)，分析仪测量在该单链DNA分子穿过电极之间的纳米间隙时其每个碱基穿过期间流过电极的电流，并且分析仪从而基于电流值来识别构成该单链DNA分子的碱基。对于这样的分析仪，纳米间隙电极装置的电极之间的距离越小，可由此检测的电流值越高。这支持以高灵敏度分析样品。然而，却使得让诸如单链DNA分子之类待测量物体穿过电极之间的纳米间隙变得困难。因此，正在开发具有可使待测量物体穿过纳米间隙的通道的纳米间隙电极装置。例如，在通过引用而全文并入于此的JP2009-210272中描述了一种纳米间隙电极装置，其中在衬底上形成跨纳米间隙彼此面对的两个电极，并且在该衬底上还形成与纳米间隙连通的通道。
技术实现思路
用于制造纳米间隙电极装置的方法可以包括：在例如由钛制成的金属掩模上形成图案，该金属掩模形成于例如由金制成的电极层上，所述图案通过聚焦离子束的照射而形成；随后对所述电极层进行干法刻蚀，所述电极层是通过在所述金属掩模中形成所述图案而暴露的下层，从而在该电极层中形成纳米间隙(例如，参见通过引用而全文并入于此的JP2004-247203A)。然而，在通过上述方法制造的纳米间隙电极装置中，可以通过对经由图案化金属掩模的开口而暴露的电极层的表面进行干法刻蚀，在电极层中形成槽状纳米间隙。因此，可在电极层中形成的间隙的最小宽度(掩模中的间隙宽度)是可在金属掩模中形成的图案或开口的宽度。这样的方法可能遭受这样的问题：可能难以形成比可在金属掩模中形成的图案或开口的宽度更窄的纳米间隙。需要开发这样的新的纳米间隙电极装置制造方法：其能够根据预期用途所需，形成具有可比常规形成的纳米间隙显著更窄的宽度的纳米间隙，以及具有可与常规形成的纳米间隙相同的宽度的纳米间隙。本文提供的装置、系统和方法能够制造纳米间隙形成组件，通过该纳米间隙形成组件可以在不使用金属掩模的情况下形成纳米间隙。本公开内容的一个方面提供了一种用于检测生物聚合物的装置，包括：通道，其被配置用于引导所述生物聚合物，其中所述通道的宽度小于10纳米(nm)；以及一对电极，其位于所述通道的一部分中，其中所述一对电极具有与所述通道的相邻表面基本上共面的表面，所述一对电极的该表面在所述装置的使用期间暴露，以支持借助于所述一对电极来检测所述生物聚合物或其一部分。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述宽度小于5nm。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述宽度小于2nm。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述宽度小于1nm。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述一对电极包括由间隙分隔开的尖端，该间隙具有小于所述宽度的间距。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述间距为所述生物聚合物的分子直径的0.5至2倍。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述间距为所述生物聚合物的分子直径的0.5倍至小于所述生物聚合物的分子直径。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述装置还包括与所述一对电极电连通的控制系统，其中所述控制系统(i)接收来自所述一对电极的信号，以及(ii)使用所述信号来检测所述生物聚合物或其一部分。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述通道包括多对电极，所述多对电极具有与所述通道的相邻表面共面的表面。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述一对电极具有所述宽度的2nm内的间隙。本公开内容的另一方面提供了一种用于生物聚合物检测的装置，包括：第一电极嵌入层，其包含绝缘材料，所述第一电极嵌入层具有第一电极形成面；第二电极嵌入层，其包含绝缘材料，所述第二电极嵌入层具有面对所述第一电极形成面的第二电极形成面；第一电极和第二电极，其中所述第一电极具有暴露于所述第一电极形成面内的第一电极侧表面，并且其中所述第二电极具有暴露于所述第二电极形成面内的第二电极侧表面；以及通道，其至少部分地由所述第一电极形成面和所述第二电极形成面所限定，其中所述通道(i)沿着所述第一电极形成面与所述第二电极形成面之间的中心线延伸，以及(ii)具有基本上恒定的宽度，其中所述第一电极侧表面和所述第二电极侧表面最多安设在所述通道的一部分中，并且其中所述第一电极侧表面和第二电极侧表面由间隙间隔开，所述间隙具有与所述宽度基本上相同的距离。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述第一电极形成面和所述第一电极侧表面是连续的。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述第二电极形成面和所述第二电极侧表面是连续的。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述宽度小于10纳米。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述间隙基本上为所述宽度的2纳米内。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述通道是带状的。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述通道是基本上笔直的或弯曲的。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述间隙安设在所述通道的末端之间。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述装置还包括与所述通道流体连通的流体供应构件和流体排放构件，其中所述流体供应构件和流体排放构件中的每一个具有比所述通道的所述宽度更大的宽度。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述第二电极嵌入层位于下间隔物层上。本公开内容的又一方面提供了一种用于检测生物聚合物的系统，包括上文或本文其他各处所述的任何装置，所述系统基于使用所述装置的电极测量的电流来检测所述生物聚合物。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，所述系统还包括控制系统，该控制系统(i)接收来自所述电极的信号，以及(ii)使用所述信号来检测或分析所述生物聚合物或其一部分。本公开内容的另一方面提供了一种用于检测生物聚合物的系统，包括：至少两个装置，其中每个装置如上文或本文其他各处所述，并且所述至少两个装置的相邻通道彼此流体连通。本公开内容的又一方面提供了一种用于形成用以检测生物聚合物的装置的方法，包括：(a)在第一工艺层与第二工艺层之间提供壁状侧壁间隔物；(b)通过邻近所述第一工艺层的表面提供所述第一电极以接触所述侧壁间隔物的一部分，从所述第一工艺层形成第一电极嵌入层；(c)通过邻近所述第二工艺层的表面提供所述第二电极，从所述第二工艺层形成第二电极嵌入层，其中所述第二电极跨所述壁状侧壁间隔物面对所述第一电极；以及(d)移除所述壁状侧壁间隔物以提供(i)所述第一电极与所述第二电极之间的纳米间隙，以及(ii)与所述纳米间隙流体连通的通道，其中所述纳米间隙和所述通道符合所述壁状侧壁间隔物的形状。在本文提供的各个方面的一些实施方式中，在所述第一工艺层与所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测生物聚合物的装置，包括：通道，其被配置用于引导所述生物聚合物，其中所述通道的宽度小于10纳米(nm)；以及一对电极，其位于所述通道的一部分中，其中所述一对电极具有与所述通道的相邻表面基本上共面的表面，所述一对电极的该表面在所述装置的使用期间暴露，使得能够借助于所述一对电极来检测所述生物聚合物或其一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.28 JP 2014-093079;2014.05.02 JP 2014-095161.一种用于检测生物聚合物的装置，包括：通道，其被配置用于引导所述生物聚合物，其中所述通道的宽度小于10纳米(nm)；以及一对电极，其位于所述通道的一部分中，其中所述一对电极具有与所述通道的相邻表面基本上共面的表面，所述一对电极的该表面在所述装置的使用期间暴露，使得能够借助于所述一对电极来检测所述生物聚合物或其一部分。2.如权利要求1所述的装置，其中所述宽度小于5nm。3.如权利要求2所述的装置，其中所述宽度小于2nm。4.如权利要求3所述的装置，其中所述宽度小于1nm。5.如权利要求1所述的装置，其中所述一对电极包括由间隙分隔开的尖端，该间隙具有小于所述宽度的间距。6.如权利要求5所述的装置，其中所述间距为所述生物聚合物的分子直径的0.5至2倍。7.如权利要求6所述的装置，其中所述间距为所述生物聚合物的分子直径的0.5倍至小于所述生物聚合物的分子直径。8.如权利要求1所述的装置，还包括与所述一对电极电连通的控制系统，其中所述控制系统(i)接收来自所述一对电极的信号，以及(ii)使用所述信号来检测所述生物聚合物或其一部分。9.如权利要求1所述的装置，其中所述通道包括多对电极，所述多对电极具有与所述通道的相邻表面共面的表面。10.如权利要求1所述的装置，其中所述一对电极具有所述宽度的2nm内的间隙。11.一种用于生物聚合物检测的装置，包括：第一电极嵌入层，其包含绝缘材料，所述第一电极嵌入层具有第一电极形成面；第二电极嵌入层，其包含绝缘材料，所述第二电极嵌入层具有面对所述第一电极形成面的第二电极形成面；第一电极和第二电极，其中所述第一电极具有暴露于所述第一电极形成面内的第一电极侧表面，并且其中所述第二电极具有暴露于所述第二电极形成面内的第二电极侧表面；以及通道，其至少部分地由所述第一电极形成面和所述第二电极形成面所限定，其中所述通道(i)沿着所述第一电极形成面与所述第二电极形成面之间的中心线延伸，以及(ii)具有基本上恒定的宽度，其中所述第一电极侧表面和所述第二电极侧表面最多安设在所述通道的一部分中，并且其中所述第一电极侧表面和第二电极侧表面由间隙间隔开，所述间隙具有与所述宽度基本上相同的距离。12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一电极形成面和所述第一电极侧表面是连续的。13.如权利要求11或12所述的装置，其中所述第二电极形成面和所述第二电极侧表面是连续的。14.如权利要求11所述的装置，其中所述宽度小于10纳米。15.如权利要求11或14所述的装置，其中所述间隙基本上为所述宽度的2纳米内。16.如权利要求11所述的装置，其中所述通道是带状的。17.如权利要求11所述的装置，其中所述通道是基本上笔直的或弯曲的。18.如权利要求11所述的装置，其中所述间隙安设在所述通道的末端之间。19.如权利要求11所述的装置，还包括与所述通道流体连通的流体供应构件和流体排放构件，其中所述流体供应构件和流体排放构件中的每一个具有比所述通道的所述宽度更大的宽度。20.如权利要求11所述的装置，其中所述第二电极嵌入层位于下间隔物层上。21.一种用于检测生物聚合物的系统，包括根据权利要求1-20中任一项所述的装置，所述系统基于使用所述装置的电极所测量的电流来检测所述生物聚合物。22.如权利要求21所述的系统，还包括控制系统，该控制系统(i)接收来自所述电极的信号，以及(ii)使用所述信号来检测或分析所述生物聚合物或其一部分。23.一种用于检测生物聚合物的系统，包括：至少两个装置，其中每个装置根据权利要求1-20中任一项所述，其中所述至少两个装置的相邻通道彼此流体连通。24.一种用于形成用以检测生物聚合物的装置的方法，包括：(a)在第一工艺层与第二工艺层之间提供壁状侧壁间隔物；(b)通过邻近所述第一工艺层的表面提供第一电极以接触所述侧壁间隔物的一部分，从所述第一工艺层形成第一电极嵌入层；(c)通过邻近所述第二工艺层的表面提供第二电极，从所述第二工艺层形成第二电极嵌入层，其中所述第二电极跨所述壁状侧壁间隔物面对所述第一电极；以及(d)移除所述壁状侧壁间隔物以提供(i)所述第一电极与所述第二电极之间的纳米间隙，以及(ii)与所述纳米间隙流体连通的通道，其中所述纳米间隙和所述通道符合所述壁状侧壁间隔物的形状。25.如权利要求24所述的方法，其中在所述第一工艺层与所述第二工艺层之间提供所述壁状侧壁间隔物包括：形成与所述第一工艺层相邻的侧表面；在所述侧表面之上形成台阶状侧壁间隔物形成层；回蚀所述台阶状侧壁间隔物形成层，以沿着所述第一工艺层的所述侧表面形成所述壁状侧壁间隔物；以及形成所述第二工艺层以跨所述壁状侧壁间隔物面对所述第一工艺层，从而在所述第一工艺层与所述第二工艺层之间以基本上直立的方式提供所述壁状侧壁间隔物。26.如权利要求24所述的方法，其中在所述第一工艺层与所述第二工艺层之间提供所述壁状侧壁间隔物包括：形成与所述第一工艺层相邻的侧表面；在所述侧表面之上形成台阶状侧壁间隔物形成层；邻近所述侧壁间隔物形成层形成所述第二工艺层；以及进行平坦化工艺以暴露所述第一工艺层和所述第二工艺层的表面，从而在所述第一工艺层与所述第二工艺层之间以基本上直立的方式提供所述壁状侧壁间隔物。27.如权利要求24所述的方法，还包括在(d)之前：形成电极形成掩模，该电极形成掩模在其中具有开口，该开口与所述第一工艺层相邻、与所述侧壁间隔物相邻并且与所述第二工艺层相邻口；刻蚀从所述开口暴露的所述第一工艺层和所述第二工艺层的表面，以形成所述第一工艺层中的第一电极嵌入凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田修二，
申请(专利权)人：量子生物有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP