制作纳米孔的方法、纳米孔结构和单纳米孔传感器技术

本发明专利技术公开了制作纳米孔的方法、纳米孔结构和单纳米孔传感器，制作纳米孔的方法，包括：提供硅片；形成第一掩膜层，形成第二掩膜层；形成第一图案化层，第一图案化层包括第一子凹槽；形成第二图案化层；形成第一刻蚀腔；形成第二刻蚀腔；形成金属层；形成第三刻蚀腔，以暴露位于锥尖的金属层；向第一刻蚀腔中加入电解质溶液，向第二刻蚀腔中加入电化学腐蚀溶液；对位于锥尖的金属层进行电化学腐蚀，以形成纳米孔。由此，可便于通过较为简便的方法制得具有极小尺寸的金属纳米孔结构。极小尺寸的金属纳米孔结构。极小尺寸的金属纳米孔结构。

【技术实现步骤摘要】
制作纳米孔的方法、纳米孔结构和单纳米孔传感器


[0001]本专利技术涉及传感器领域，具体地，涉及制作纳米孔的方法、纳米孔结构和单纳米孔传感器。

技术介绍

[0002]固态纳米孔可以用于读取和存储在生物分子中的数据，并用于分子计算领域。此外，固态纳米孔还能被用于能量收集和发电，DNA和蛋白质测序，以及液体和气体过滤和纯化，等
采用固态纳米孔对生物分子进行检测时，分子阻塞电流大小不仅与纳米孔尺寸有关，同时还受到纳米孔材料性质的影响。但如何低成本、批量地制备极小尺寸金属纳米孔，已经成为当下制备金属纳米孔的关键挑战之一。
[0003]因此，目前的制作纳米孔的方法、纳米孔结构和单纳米孔传感器仍有待改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]在本专利技术的一个专利技术，本专利技术提出了一种制作纳米孔的方法，包括：提供硅片，所述硅片具有相对设置的第一主表面和第二主表面；在所述硅片的所述第一主表面上形成第一掩膜层，在所述硅片的所述第二主表面上形成第二掩膜层；对所述第一掩膜层进行第一干法刻蚀以形成第一图案化层，所述第一图案化层包括第一子凹槽；对所述第二掩膜层进行第二干法刻蚀以形成第二图案化层，所述第二图案化层包括第二子凹槽，所述第一子凹槽在所述硅片上的正投影位于所述第二子凹槽在所述硅片上的正投影内部；对所述第一子凹槽进行第一湿法刻蚀，以形成第一刻蚀腔，所述第一刻蚀腔为锥形结构，所述锥形结构的锥尖朝向所述第二刻蚀腔；对所述第二子凹槽进行第二湿法刻蚀，以形成第二刻蚀腔，所述第一刻蚀腔与所述第二刻蚀腔不连通；在所述第一刻蚀腔远离所述第二刻蚀腔的一侧表面形成金属层；对所述第二刻蚀腔进行第三湿法刻蚀以形成第三刻蚀腔，以暴露位于所述锥尖的所述金属层；向所述第一刻蚀腔中加入电解质溶液，向所述第二刻蚀腔中加入电化学腐蚀溶液；对位于所述锥尖的所述金属层进行电化学腐蚀，以形成所述纳米孔。由此，可便于通过较为简便的方法制得具有极小尺寸的金属纳米孔结构。
[0006]根据本专利技术的实施例，对位于所述锥尖的所述金属层进行所述电化学腐蚀进一步包括：接入第一电路结构，所述第一电路结构包括第一电源和电流表，所述第一电源与所述电流表串联，所述第一电源的正极和负极中的一个与所述第一刻蚀腔电连接，所述第一电源的正极和负极中的另一个与所述第三刻蚀腔电连接；接入第二电路结构，所述第二电路结构包括第二电源和接地线，所述第二电源的正极和负极中的一个与所述金属层电连接，所述第二电源的正极和负极中的另一个与所述第三刻蚀腔电连接，所述接地线接地；对位于所述锥尖的所述金属层进行所述电化学腐蚀，以形成所述纳米孔。由此，可通过电化学腐蚀形成纳米孔。
[0007]根据本专利技术的实施例，进一步包括：自停止装置，所述自停止装置与所述第一刻蚀
腔和所述第二电路结构相连。由此，可进一步控制纳米孔的形成。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述电解质溶液包括氯化钾和氯化钠中的至少之一。由此，可便于对金属层进行保护。
[0009]根据本专利技术的实施例，所述电化学腐蚀溶液包括盐酸、硝酸、氯化钠和氯化钾中的至少之一。由此，可便于对位于锥尖的金属层材料进行电化学腐蚀。
[0010]根据本专利技术的实施例，所述形成第一图案化层进一步包括：在所述第一掩膜层远离所述硅片的一侧形成第一光刻胶层，对所述第一光刻胶层进行第一图案化处理以暴露所述第一掩膜层的部分表面，对所述第一掩膜层进行所述第一干法刻蚀以形成所述第一图案化层。由此，可便于制备具有第一凹槽的第一图案化层。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述形成第二图案化层进一步包括：在所述第二掩膜层远离所述硅片的一侧形成第二光刻胶层，对所述第二光刻胶层进行第二图案化处理以暴露所述第二掩膜层的部分表面，对所述第二掩膜层进行所述第二干法刻蚀以形成所述第二图案化层。由此，可便于制备具有第二凹槽的第二图案化层。
[0012]根据本专利技术的实施例，形成所述第一掩膜层和所述第二掩膜层的材料包括氮化硅和氧化硅中的至少之一。由此，可便于进行图案化层的制备。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述第一干法刻蚀和所述第二干法刻蚀为ICP。由此，可便于精准的形成第一凹槽和第二凹槽。由此，可便于控制第三刻蚀腔的深度。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述第一湿法刻蚀的刻蚀速率为v1，所述第二湿法刻蚀的刻蚀速率为v2，v1:v2＝(60
‑
80)：(5
‑
15)，由此，便于控制第一刻蚀腔和第二刻蚀腔的深度。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述第三湿法刻蚀的刻蚀速率为v3，v1:v3＝(60
‑
80)：(1
‑
5)。由此，可便于控制第三刻蚀腔的深度。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述第一湿法刻蚀的刻蚀液、所述第二湿法刻蚀的刻蚀液和所述第三湿法刻蚀的刻蚀液为氢氧化钾溶液。由此，可便于控制湿法刻蚀的速率。
[0017]根据本专利技术的实施例，在所述硅片的厚度方向上，所述第一刻蚀腔的深度为3
‑
5微米。由此，可便于金属层的形成。
[0018]根据本专利技术的实施例，所述第二刻蚀腔的深度与所述第一刻蚀腔的深度之和与所述硅片厚度的差值不小于5微米。由此，可便于暴露出锥尖结构。
[0019]根据本专利技术的实施例，形成所述金属层的材料包括铁、铝、铂和钛中的至少之一。由此，可便于形成极小尺寸的纳米孔。
[0020]根据本专利技术的实施例，形成所述金属层的工艺包括电子束蒸发和磁控溅射中的至少之一。由此，可便于形成具有整层结构的金属层。
[0021]根据本专利技术的实施例，所述纳米孔的孔径为1
‑
10nm。由此，可便于获得极小孔径的纳米孔结构。
[0022]在本专利技术的另一个方面，本专利技术提出了一种纳米孔结构，所述纳米孔结构是通过前述的方法制作得到的。由此，该纳米孔结构具有前述的制作纳米孔结构的全部特征及优点，在此不再赘述。
[0023]在本专利技术的又一个方面，本专利技术提出了一种单纳米孔传感器，所述纳米孔传感器包括前述的纳米孔结构。由此，该单纳米孔传感器具有前述的纳米孔结构的全部特征及优点，在此不再赘述。
附图说明
[0024]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0025]图1显示了根据本专利技术一个实施例的制作纳米孔的方法的流程示意图；
[0026]图2显示了根据本专利技术又一个实施例的制作纳米孔的方法的部分流程示意图；
[0027]图3显示了图2中的实施例的制备纳米孔的方法的后续流程示意图；
[0028]图4显示了根据本专利技术一个实施例的形成第一图案化层的方法的部分流程示意图；
[0029]图5显示了图4中的实施例的形成第一图案化层的方法的后续流程示意图；
[0030]图6显示了根据本专利技术一个实施例的形成第二图案化层的方法的部分流程示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制作纳米孔的方法，其特征在于，包括：提供硅片，所述硅片具有相对设置的第一主表面和第二主表面；在所述硅片的所述第一主表面上形成第一掩膜层，在所述硅片的所述第二主表面上形成第二掩膜层；对所述第一掩膜层进行第一干法刻蚀以形成第一图案化层，所述第一图案化层包括第一子凹槽；对所述第二掩膜层进行第二干法刻蚀以形成第二图案化层，所述第二图案化层包括第二子凹槽，所述第一子凹槽在所述硅片上的正投影位于所述第二子凹槽在所述硅片上的正投影内部；对所述第一子凹槽进行第一湿法刻蚀，以形成第一刻蚀腔，所述第一刻蚀腔为锥形结构，所述锥形结构的锥尖朝向所述第二刻蚀腔；对所述第二子凹槽进行第二湿法刻蚀，以形成第二刻蚀腔，所述第一刻蚀腔与所述第二刻蚀腔不连通；在所述第一刻蚀腔远离所述第二刻蚀腔的一侧表面形成金属层；对所述第二刻蚀腔进行第三湿法刻蚀以形成第三刻蚀腔，以暴露位于所述锥尖的所述金属层；向所述第一刻蚀腔中加入电解质溶液，向所述第二刻蚀腔中加入电化学腐蚀溶液；对位于所述锥尖的所述金属层进行电化学腐蚀，以形成所述纳米孔。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对位于所述锥尖的所述金属层进行所述电化学腐蚀进一步包括：接入第一电路结构，所述第一电路结构包括第一电源和电流表，所述第一电源与所述电流表串联，所述第一电源的正极和负极中的一个与所述第一刻蚀腔电连接，所述第一电源的正极和负极中的另一个与所述第三刻蚀腔电连接；接入第二电路结构，所述第二电路结构包括第二电源和接地线，所述第二电源的正极和负极中的一个与所述金属层电连接，所述第二电源的正极和负极中的另一个与所述第三刻蚀腔电连接，所述接地线接地；对位于所述锥尖的所述金属层进行所述电化学腐蚀，以形成所述纳米孔。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：自停止装置，所述自停止装置与所述第一刻蚀腔和所述第二电路结构相连。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质溶液包括氯化钾和氯化钠中的至少之一。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学腐蚀溶液包括盐酸、硝酸、氯化钠和氯化钾中的至少之一。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成第一图案化层进一步包括：在所述第一掩膜层远离所述硅片的一侧形...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽文，洪浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：