利用电介质击穿法在固态膜中形成孔隙的方法和设备技术

提供了利用电介质击穿法在固态膜中形成孔隙的方法和设备。在一种所公开的布置中，形成多个孔隙。所述膜包含位于膜一侧的第一表面区域部分和位于膜另一侧的第二表面区域部分。多个目标区域中的每一个包含向第一或第二表面区域部分敞开的凹槽或流体通道。所述方法包含使所述膜的整个第一表面区域部分与包含离子溶液的第一浴槽接触且使整个第二表面区域部分与包含离子溶液的第二浴槽接触。通过与包含离子溶液的第一和第二浴槽分别接触的第一和第二电极施加跨膜电压，以在膜的多个目标区域中的每一个中形成孔隙。

Method and equipment for forming pores in solid film by dielectric breakdown

A method and equipment for the formation of pores in a solid film by dielectric breakdown is provided. In an open arrangement, a number of pores are formed. The membrane includes a first surface region part located on one side of the membrane and a second surface area portion located on the other side of the membrane. Each of the multiple target areas contains a groove or fluid channel that is open to the first or second surface parts. The method includes contacting the entire first surface area of the membrane with the first bath containing the ionic solution and contacting the entire second surface area with the second bath containing the ionic solution. The transmembrane voltage is applied to the first and second electrodes contacting the first and second bath cells of the ionic solution, respectively, to form pores in each of the multiple target areas of the membrane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用电介质击穿法在固态膜中形成孔隙的方法和设备
本专利技术涉及一种利用电介质击穿法在固态膜中形成单个或多个孔隙的方法和设备。所述孔隙可以是纳米级孔隙，所述纳米级孔隙可以称为纳米孔，其各自具有纳米级的尺寸，例如小于约100nm的长度和/或直径。所得多孔膜可以用于广泛的多种应用中。
技术介绍
纳米孔可以用于其中需要纳米级操作的多种装置。一项重要的应用是局域化、检测和/或表征分子，如聚核苷酸或多肽。纳米孔过滤器和纳米级多孔膜对于许多关键的生物学分离和表征程序以及过滤工艺来说同样重要。多项其它微流体和纳米流体处理和控制应用类似地依赖于纳米材料的纳米级特征。为了产生纳米级结构，如纳米级薄材料中的纳米孔，通常需要按单个原子的精度进行操控。这与大部分的传统微电子制造工艺形成鲜明对比，传统微电子制造工艺在特征上只需要低至几十个纳米的精度。未达到原子水平的特征分辨率和制造精度对于利用在纳米级显现具体特征的方式操控纳米级薄材料来说是个挑战。已经提出了在固态膜中制备纳米孔的多种方法，如WO03003446A3中所公开的方法。高精度纳米级处理在历史上必需一次一个制造的范例，这通常成本高且效率低。一般来说，传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用电介质击穿法在固态膜中形成多个孔隙的方法，其中所述膜包含位于所述膜一侧的第一表面区域部分和位于所述膜另一侧的第二表面区域部分，且多个目标区域各自包含位于所述膜中的向所述第一或第二表面区域部分敞开的凹槽或流体通道，所述方法包含：使所述膜的整个所述第一表面区域部分与包含离子溶液的第一浴槽接触且使整个所述第二表面区域部分与包含离子溶液的第二浴槽接触；以及通过与包含离子溶液的所述第一和第二浴槽分别接触的第一和第二电极施加跨越所述膜的电压，以在所述膜的多个所述目标区域中的每一个中形成孔隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.20 GB 1508669.71.一种使用电介质击穿法在固态膜中形成多个孔隙的方法，其中所述膜包含位于所述膜一侧的第一表面区域部分和位于所述膜另一侧的第二表面区域部分，且多个目标区域各自包含位于所述膜中的向所述第一或第二表面区域部分敞开的凹槽或流体通道，所述方法包含：使所述膜的整个所述第一表面区域部分与包含离子溶液的第一浴槽接触且使整个所述第二表面区域部分与包含离子溶液的第二浴槽接触；以及通过与包含离子溶液的所述第一和第二浴槽分别接触的第一和第二电极施加跨越所述膜的电压，以在所述膜的多个所述目标区域中的每一个中形成孔隙。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述目标区域的每一个中形成单个孔隙。3.根据权利要求2所述的方法，其中使每个目标区域中的所述孔隙生长直至所述孔隙的直径等于或大于将所述第一浴槽与所述第二浴槽分隔的膜材料在所述目标区域中的最小厚度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述膜包含多个层。5.根据权利要求4所述的方法，其中一个或多个所述凹槽或流体通道中的每一个的边界位于所述层中的两个层之间的界面处。6.根据权利要求5所述的方法，其中：所述膜包含第一层和第二层；所述一个或多个凹槽或流体通道各自通过向下去除所述第一层的一部分至所述第一层与所述第二层之间的所述界面处来形成，以便所述边界由所述第二层的表面形成；且所述第二层是利用原子层沉积法形成。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述膜包含第一层和第二层；且位于所述多个目标区域中的每一个处的孔隙是利用电介质击穿法穿过所述第二层的至少一部分而形成。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二层是利用原子层沉积法形成。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二层包含多个子层，每个子层利用原子层沉积法形成。10.根据权利要求9所述的方法其中所述多个子层包含重复多次的子层序列，每个重复序列至少包含第一子层以及与所述第一子层直接相邻的第二子层。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一子层相对于所述第二子层是非外延的。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一子层包含HfO2且所述第二子层包含Al2O3。13.根据权利要求10到12中任一项所述的方法，其中所述重复序列中的每个子层均使用四个或更少循环的原子层沉积法形成。14.根据权利要求10到13中任一项所述的方法，其中：所述第二层经形成而在所述子层重复序列的一侧或两侧具有保护层；所述保护层是在每个目标区域中形成所述孔隙之前去除，以便形成在每个目标区域中包含所述子层重复序列的独立膜；且每个目标区域中的所述孔隙是利用电介质击穿法穿过所述独立膜而形成。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述保护层对用于将邻接于所述第二层的所述第一层的一部分去除的蚀刻工艺具有耐受性。16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述保护层包含Al2O3。17.根据权利要求8到16中任一项所述的方法，进一步包含使所述第二层在形成所述孔隙之前退火。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述目标区域中的一个或多个包含具有深度轮廓的凹槽或流体通道，其中在所述凹槽中形成任何孔隙之前，所述深度从所述凹槽或流体通道的开口边缘向所述凹槽或流体通道的中心区域逐渐增加。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述目标区域中的一个或多个包含流体通道且所述流体通道中的一个或多个具有大于1的纵横比，其中所述纵横比定义为所述流体通道的长度与所述流体通道的平均宽度的比率。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述目标区域中的一个或多个包含流体通道且在一个或多个所述流体通道的每一个中形成流体电阻小于所述流体通道流体电阻10倍的孔隙。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在不同目标区域中提供具有不同流体电阻的流体通道，且通过所述第一和第二电极所施加的电压使相应多个不同尺寸的孔隙并行生长。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述目标区域中的一个或多个包含平均宽度小于平均深度5倍的凹槽。23.一种使用电介质击穿法在固态膜中形成孔隙的方法，所述方法包含：施加跨越所述膜的电压以利用电介质击穿法形成所述孔隙，其中：所述膜包含多个子层；所述子层中的至少两个具有彼此相对不同的组成；且所述子层各自利用原子层沉积法形成。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述多个子层包含重复多次的子层序列，每个重复序列至少包含第一子层以及与所述第一子层直接相邻的第二子层。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一子层相对于所述第二子层是非外延的。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一子层包含HfO2且所述第二子层包含Al2O3。27.根据权利要求24到26中任一项所述的方法，其中所述重复序列中的每个子层使用四个或更少循环的原子层沉积法形成。28.根据权利要求24到27中任一项所述的方法，其中：所述子层重复序列经形成而在所述子层重复序列的一侧或两侧具有保护层；所述保护层在所述孔隙形成之前去除，以便形成包含所述子层重复序列的独立膜；且所述孔隙是利用电介质击穿法穿过所述独立膜而形成。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述保护层对用于将邻接于所述第二层的所述第一层的一部分去除的蚀刻工艺具有耐受性。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述保护层包含Al2O3。31.根据权利要求23到30中任一项所述的方法，进一步包含使所述多个子层在所述孔隙形成之前退火。32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述施加电压包含在利用所述电压使所述孔隙生长期间的大部分时间内施加基本上恒定的不间断电压。33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述施加电压包含以下：施加起始孔隙形成的第一电压；以及使用低于所述第一电压的第二电压使所形成的每个孔隙生长。34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第二电压低于起始孔隙形成所需的电压。35.根据权利要求33或34所述的方法，其中所述施加电压进一步包含在利用所述第二电压使所形成的每个孔隙生长的步骤之后，使用等于或高于所述第一电压的第三电压使所形成的每个孔隙生长。36.一种使用电介质击穿法在固态膜中形成孔隙的方法，其中所述膜包含位于所述膜一侧的第一表面区域部分和位于所述膜另一侧的第二表面区域部分，所述方法包含：使所述膜的所述第一表面区域部分与包含离子溶液的第一浴槽接触且使所述第二表面区域部分与包含离子溶液的第二浴槽接触；以及通过与包含离子溶液的所述第一和第二浴槽分别接触的第一和第二电极施加跨越所述膜的电压，以在所述膜中形成孔隙，其中在所述膜与所述第一或第二电极之间提供串联的限流电阻器，所述限流电阻器的电阻比所述孔隙形成之后的任何时间时的所述孔隙的电阻高至少10％。37.根据权利要求36所述的方法，其中所述限流电阻器包含提供于所述第一或第二浴槽中的流体电阻器、至少部分地提供于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：萍·谢，肯·希利，贾斯廷·米尔斯，
申请(专利权)人：牛津纳米孔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US