纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法制造方法及图纸

本公开提供一种纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法，该纳米孔结构，包括：介电薄膜材料，其上形成有纳米孔或纳米孔阵列；以及金属层，其形成于所述介电薄膜材料的正反表面；其中，所述介电薄膜材料和所述金属层上对应设置有通孔。本公开提供的纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法通过采用在介电薄膜材料双面生长金属层的方法，实现对纳米孔结构电流电压曲线的线性控制；同时通过使用电化学方法原位缩小成孔的尺寸的方法，实现纳米孔的精确控制及纳米孔结构的重复利用。

Nanopore structure, device and method for controlling nanopore size

The present disclosure provides a nanopore structure, a device and a method for controlling the size of nanopore. The nanopore structure includes a dielectric thin film material on which nanopore or nanopore array is formed, and a metal layer formed on the positive and negative surfaces of the dielectric thin film material, wherein the dielectric thin film material and the metal layer are correspondingly provided with through holes. The nanopore structure, the device and method for controlling the size of nanopore provided in the present disclosure realize linear control of the current and voltage curve of nanopore structure by using the method of growing metal layer on both sides of dielectric thin film material; at the same time, precise control of nanopore and reuse of nanopore structure are realized by using electrochemical method to reduce the size of nanopore in situ.

【技术实现步骤摘要】
纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法
本公开涉及纳米孔及纳米孔阵列加工
，尤其涉及一种纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法。
技术介绍
基因检测以及其他纳米级粒子的检测在疾病检测、生命科学等领域有着大量的需求。现有的基因检测方法所采用的设备非常昂贵，体积较大，且大都需要PCR配合实现。纳米孔作为第三代测序技术，由于具有成本低廉，不需要PCR，可测试较长的基因链等优势，受到广泛研究。现有的纳米孔技术包括生物纳米孔及固态纳米孔等几种技术。由于固态纳米孔相比生物纳米孔具有尺寸可控，性能稳定等优点，是研究的热点。固态纳米孔加工一般采用透射电子显微镜等物理方式制备。然而，在实现本公开的过程中，本申请专利技术人发现，现有的纳米孔在孔径变大到一定程度之后很难继续使用，因此，如何减小制备的纳米孔到给定的尺寸，同时又能保证电流电压曲线的线性化，是本领域研究人员需要解决的技术问题。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述技术问题，本公开提供一种纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法，以缓解现有技术中的纳米孔结构在使用一段时间后孔径变大，导致很难继续使用的技术问题。(二)技术方案本公开提供一种纳米孔结构，包括：介电薄膜材料，其上形成有纳米孔或纳米孔阵列；以及金属层，其形成于所述介电薄膜材料的正反表面；其中，所述介电薄膜材料和所述金属层上对应设置有通孔。在本公开的一些实施例中，所述介电薄膜材料包括：氮化硅薄膜、石墨烯薄膜或可采用微电子工艺制备的薄膜材料。在本公开的一些实施例中，所述金属层采用物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺在所述介电薄膜材料的正反表面形成。在本公开的一些实施例中，所述介电薄膜材料上的纳米孔的直径介于0.5nm至200nm之间。根据本公开的另一个方面，还提供一种控制纳米孔大小的装置，包括：用于配合夹紧本公开提供的纳米孔结构的第一夹具和第二夹具；所述第一夹具和所述第二夹具均包括：空腔，设置于其内部；第一开口，设置于夹紧面上，且与其内部的空腔连通，所述第一夹具和所述第二夹具夹紧所述纳米孔结构时，所述第一开口与所述纳米孔结构上的通孔连通；第二开口，设置于所述第一夹具和所述第二夹具的顶部，并与所述空腔连通；以及电极，其在所述第一夹具和所述第二夹具夹紧所述纳米孔结构时与所述金属层电气连接。根据本公开的再一个方面，还提供一种控制纳米孔大小的方法，包括：步骤A：利用本公开提供的控制纳米孔大小的装置将本公开提供的纳米孔结构夹紧，并使所述第一开口与所述纳米孔结构上的通孔连通，所述电极与所述金属层电气连接；步骤B：将含有金属络合物的溶液通过所述第二开口注入所述空腔中；步骤C：通过电化学方法原位缩小纳米孔尺寸，直至符合要求；步骤D：将所述纳米孔结构取出，清洗，用氮气吹干。在本公开的一些实施例中，所述步骤C中，所述电化学方法为电化学沉积法，通过该方法同时增加所述介电薄膜材料两侧的所述金属层的厚度，减小所述金属层的所述通孔的直径。在本公开的一些实施例中，所述步骤C中，原位缩小纳米孔尺寸包括：在减小纳米孔尺寸的过程中，每增加一定量的所述金属层厚度，测试确定一次纳米孔的尺寸。在本公开的一些实施例中，所述步骤C包括：步骤C1：将所述电极连接至电化学工作站的同一电极端，将所述空腔中的溶液连接至所述电化学工作站的另一电极端，开始金属淀积；步骤C2：金属淀积一定电荷量后，测量所述金属层的电阻值，判断所述金属层的电阻值是否符合要求：不符合要求，返回步骤C1；符合要求，进入步骤D。在本公开的一些实施例中，所述步骤C2中，通过电阻值同纳米孔尺寸的对应关系确定纳米孔孔尺寸，判断纳米孔尺寸是否达到要求。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：(1)通过采用在介电薄膜材料双面生长金属层的方法，实现对纳米孔结构电流电压曲线的线性控制；(2)通过使用电化学方法原位缩小成孔的尺寸的方法，实现纳米孔的精确控制及纳米孔结构的重复利用。附图说明图1为本公开实施例提供的纳米孔结构的剖视示意图。图2为本公开实施例提供的控制纳米孔大小的装置和图1所示的纳米孔结构的装配示意图。图3为本公开实施例提供的控制纳米孔大小的方法的步骤流程图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-介电薄膜材料；20-金属层；30-通孔；40-第一夹具；41-第一开口；42-第二开口；50-第二夹具；51-第一开口；52-第二开口。具体实施方式本公开提供的纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法所用到的纳米孔结构的正反两面均生长有金属层，在使用过程中纳米孔的尺寸明显变大后，可通过控制纳米孔正反两面金属层的生长，达到精确控制并缩小纳米孔的目的，同时，还可以有效抑制孔不对称性带来的电流电压测试曲线弯曲的问题。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。根据本公开的一个方面，提供一种纳米孔结构，如图1所示，包括：介电薄膜材料10以及金属层20；介电薄膜材料10上形成有纳米孔或纳米孔阵列；金属层20形成于介电薄膜材料10的正反表面；其中，介电薄膜材料10和金属层20上对应设置有通孔30，通过采用在介电薄膜材料10双面生长金属层20的方法，实现对纳米孔结构电流电压曲线的线性控制。在本公开的一些实施例中，介电薄膜材料10包括：氮化硅薄膜、石墨烯薄膜或可采用微电子工艺制备的薄膜材料。在本公开的一些实施例中，金属层20采用物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺在介电薄膜材料10的正反表面形成。在本公开的一些实施例中，介电薄膜材料10上的纳米孔的直径介于0.5nm至200nm之间。根据本公开的另一个方面，还提供一种控制纳米孔大小的装置，如图2所示，包括：用于配合夹紧本公开实施例提供的纳米孔结构的第一夹具40和第二夹具50；第一夹具40和第二夹具50均包括：空腔、第一开口41/51、第二开口42/52以及电极；其中，空腔设置于第一夹具40和第二夹具50的内部；第一开口41/51，设置于夹紧面上，且与第一夹具40和第二夹具50内部的空腔连通，第一夹具40和第二夹具50夹紧纳米孔结构时，第一开口41/51与纳米孔结构上的通孔30连通；第二开口42/52设置于第一夹具40和第二夹具50的顶部，并与空腔连通；电极在第一夹具40和第二夹具50夹紧纳米孔结构时与金属层20电气连接。根据本公开的再一个方面，还提供一种控制纳米孔大小的方法，如图3所示，包括：步骤A：利用本公开实施例提供的控制纳米孔大小的装置将本公开实施例提供的纳米孔结构夹紧，并使第一开口41/51与纳米孔结构上的通孔30连通，电极与金属层20电气连接；步骤B：将含有金属络合物的溶液通过第二开口42/52注入空腔中；步骤C：通过电化学方法原位缩小纳米孔尺寸，直至符合要求；步骤D：将纳米孔结构取出，清洗，用氮气吹干，通过使用电化学方法原位缩小成孔的尺寸的方法，能够实现纳米孔的精确控制及纳米孔结构的重复利用。在本公开的一些实施例中，步骤C中，电化学方法为电化学沉积法，通过该方法同时增加介电薄膜材料10两侧的金属层20的厚度，减小金属层20的通孔30的直径，实现减小纳米孔尺寸的目的。在本公开的一些实施例中，步骤C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米孔结构，包括：介电薄膜材料，其上形成有纳米孔或纳米孔阵列；以及金属层，其形成于所述介电薄膜材料的正反表面；其中，所述介电薄膜材料和所述金属层上对应设置有通孔。

【技术特征摘要】
1.一种纳米孔结构，包括：介电薄膜材料，其上形成有纳米孔或纳米孔阵列；以及金属层，其形成于所述介电薄膜材料的正反表面；其中，所述介电薄膜材料和所述金属层上对应设置有通孔。2.根据权利要求1所述的纳米孔结构，所述介电薄膜材料包括：氮化硅薄膜、石墨烯薄膜或可采用微电子工艺制备的薄膜材料。3.根据权利要求1所述的纳米孔结构，所述金属层采用物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺在所述介电薄膜材料的正反表面形成。4.根据权利要求1所述的纳米孔结构，所述介电薄膜材料上的纳米孔的直径介于0.5nm至200nm之间。5.一种控制纳米孔大小的装置，包括：用于配合夹紧如上述权利要求1至4中任一项所述的纳米孔结构的第一夹具和第二夹具；所述第一夹具和所述第二夹具均包括：空腔，设置于其内部；第一开口，设置于夹紧面上，且与其内部的空腔连通，所述第一夹具和所述第二夹具夹紧所述纳米孔结构时，所述第一开口与所述纳米孔结构上的通孔连通；第二开口，设置于所述第一夹具和所述第二夹具的顶部，并与所述空腔连通；以及电极，其在所述第一夹具和所述第二夹具夹紧所述纳米孔结构时与所述金属层电气连接。6.一种控制纳米孔大小的方法，包括：步骤A：利用如上述权利要求5所述的控制纳米孔大小的装置将如上述权利要求1至4中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁圣法，张文昌，项飞斌，姚志宏，李冬梅，刘明，谢常青，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11