一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法，包括如下步骤：S1.在纳米薄膜上刻蚀出纳米通孔；S2.在步骤S1.的纳米薄膜正反两面沉积金属保护层；S3.采用离子束对步骤S2.的纳米通孔表面进行轰击处理，纳米通孔收缩至一定孔径；S4.去除金属保护层，得到收缩后的纳米通孔。本发明专利技术采用高速离子束对预制纳米孔表面进行轰击，纳米孔周围材料受到离子束轰击发生塑性变形并向纳米孔中心方向延伸，使得纳米孔孔径变小，截面变薄，得到所需小孔径薄截面纳米孔。本发明专利技术工艺简单，一方面可得到小孔径薄截面纳米孔，另一方面能够有效提高纳米孔疲劳强度和力学性能，延长使用寿命，在单分子检测等领域有着广泛的使用前景和应用价值。

A method of nanopore fabrication based on plastic deformation of nano-film by ion beam bombardment

The invention discloses a method for manufacturing nano-pore based on plastic deformation of nano-film by ion beam bombardment, which includes the following steps: S1. etching nano-pore on nano-film; depositing metal protective layer on both sides of nano-film S 2. E 1; S 3. bombarding nano-pore surface by ion beam, shrinking nano-pore to a certain pore size; S 4. In addition to the metal protective layer, shrinkage nano-through holes were obtained. The high-speed ion beam is used to bombard the surface of the prefabricated nanopore. The material around the nanopore is plastic deformed by the ion beam bombardment and extends to the center direction of the nanopore, so that the nanopore size becomes smaller and the cross-section becomes thinner, and the required small pore size and thin cross-section nanopore can be obtained. The invention has simple process, on the one hand, small aperture and thin cross-section nanopore can be obtained, on the other hand, the fatigue strength and mechanical properties of nanopore can be effectively improved, and the service life can be prolonged. It has broad application prospects and application value in the field of single molecule detection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法
本专利技术涉及微纳加工
，更具体地，涉及一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法。
技术介绍
使用纳米孔进行DNA分子碱基序列的识别已经研究20年。当DNA分子在电场力的作用下穿过纳米孔时，会改变纳米孔内的离子电流幅值，并借该电流幅值的改变来识别不同的碱基。因为碱基对之间的间隙很小，在0.34nm。所以科学家们一直追求更薄的纳米孔来提高碱基序列识别时的垂直分辨率，如使用石墨烯、二硫化钼、氮化硼等超薄材料制作成的纳米孔。但是，换用石墨烯又会使部分DNA吸附在孔壁造成纳米孔阻塞。并且，我们同样需要与DNA直径相当孔径的纳米孔来进行碱基序列的识别，以提高水平分辨率。但是，使用透射电子显微镜或氦离子显微镜制造5nm左右纳米孔时，成本较高，并且不易于大规模生产，无法制备出小孔径薄截面纳米孔，使用寿命短。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的成本较高、无法制备出小孔径薄截面纳米孔、使用寿命短的缺陷，提供一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法，提供的纳米孔制造方法能有效提高制造效率，降低生产成本，易于大规模生产，而且，一方面能够制备出小孔径薄截面纳米孔，另一方面能够有效提高纳米孔疲劳强度和力学性能，延长使用寿命。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法，包括如下步骤：S1.在纳米薄膜上刻蚀出纳米通孔；S2.在步骤S1.的纳米薄膜正反两面沉积金属保护层；S3.采用离子束对步骤S2.的纳米通孔表面进行轰击处理，纳米通孔收缩至一定孔径；S4.去除金属保护层，得到收缩后的纳米通孔。本专利技术采用高速离子束对预制纳米孔表面进行轰击，纳米孔周围材料受到离子束轰击发生塑性变形并向纳米孔中心方向延伸，使得纳米孔孔径变小，截面变薄，得到所需小孔径薄截面纳米孔。本专利技术工艺简单，一方面可得到小孔径薄截面纳米孔，另一方面能够有效提高纳米孔疲劳强度和力学性能，延长使用寿命，在单分子检测等领域有着广泛的使用前景和应用价值。所述纳米薄膜单层薄膜或多层复合薄膜；所述纳米薄膜的厚度可以为5nm~100nm。所述多层复合薄膜可以为三层薄膜，中间层为半导体材料；半导体材料可以为硅、锗或锗硅。优选地，所述单层薄膜为氮化硅薄膜或氧化硅薄膜；所述多层复合薄膜为氮化硅/硅/氮化硅三层薄膜。优选地，步骤S1.中采用离子束刻蚀出纳米通孔。优选地，所述纳米通孔的直径为50nm~300nm。优选地，步骤S2.中金属保护层的材料为金、银、铂、钛、铝、镍或铜中的一种或两种以上的组合。优选地，步骤S2.中金属保护层沉积的方法为物理气相沉积或化学气相沉积。优选地，所述物理气相沉积包括电子束蒸镀和磁控溅射。优选地，步骤S2.中金属保护层的厚度为5nm~50nm。优选地，步骤S1.和步骤S3.中所述离子束的离子源为液态金属离子源或惰性气体离子源。所述液态金属离子源的离子束可以为镓离子束、铱离子束或金离子束。所述惰性气体离子源的离子束可以为氩离子束、氖离子束、氦离子束或氙离子束。优选地，离子束轰击的参数如下：电压为0.5kV~50kV，电流为500nA~50µA，轰击时间为5s~500s，轰击区域为200nm×200nm~20µm×20µm，从物镜到样品最高点的垂直距离为2mm~15mm。纳米孔表面轰击处理后，纳米孔孔径及薄膜截面厚度均可达到10~100nm或10nm以下。更优选地，离子束轰击的参数如下：电压为10kV，电流为500nA，轰击时间为1s，轰击区域为200nm×200nm，从物镜到样品最高点的垂直距离为9mm。优选地，步骤S4.中采用金属对应的腐蚀液去除金属保护层；所述腐蚀液为腐蚀金的碘化钾溶液，盐酸硝酸的混合溶液，腐蚀铂的盐酸硝酸的混合溶液，腐蚀铝的氢氧化钾溶液，磷酸溶液，腐蚀铬的盐酸溶液，腐蚀镍的盐酸硝酸混合溶液，氢氟酸硝酸混合溶液。优选地，步骤S4.中腐蚀液去除金属保护层的反应时间为5min~120min；反应温度为：20℃~120℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术工艺简单，一方面能够得到10nm以下小孔径薄截面纳米孔，另一方面能够有效提高纳米孔疲劳强度和力学性能，延长使用寿命，在单分子检测等领域有着广泛的使用前景和应用价值。附图说明图1为实施例1的基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法的工艺流程图。图2为实施例1中步骤（1）中呈现的结构示意图。图3为实施例1中步骤（2）中呈现的结构示意图。图4为实施例1中步骤（3）中呈现的结构示意图。图5为实施例1中步骤（4）中呈现的结构示意图。图6为实施例1中步骤（4）处理后呈现的结构示意图。图7为实施例1中步骤（5）中呈现的结构示意图。图8为实施例1中制得的纳米孔的电镜图。图9为实施例1中制得的纳米孔的电镜图。图10为实施例1中制得的纳米孔的电镜图。其中，1、纳米薄膜；10、纳米通孔；100、缩孔后纳米孔；2、离子束；3、保护层。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。实施例中的原料均可通过市售得到；除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。实施例1一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法，如图1所示，包括如下步骤：（1）提供一纳米薄膜结构；（2）采用离子束刻蚀出纳米通孔；（3）在纳米薄膜正反两面沉积金属保护层；（4）采用离子束对纳米孔表面进行轰击处理；（5）采用相应腐蚀液除去金属保护层。首先执行步骤（1），提供一纳米薄膜1结构。如图2所示。纳米薄膜1是：单层氮化硅薄膜。纳米薄膜1厚度是：50nm。接着执行步骤（2），采用离子束2刻蚀出纳米通孔10。离子束2是：镓离子束，纳米通孔10的直径是：50nm。然后执行步骤（3），在纳米薄膜1正反两面沉积金属保护层3。沉积的方法为：磁控溅射，沉积的材料的厚度为：10nm，沉积采用的材料为：金。之后执行步骤（4），采用离子束2对纳米孔10表面进行轰击处理，如图5所示。纳米孔10周围材料受到离子束2轰击发生塑性变形并向纳米孔10中心方向延伸，使得纳米孔10孔径变小，截面变薄，得到所需小孔径薄截面纳米孔10。离子束2使用镓离子束，离子束2的电压为10kV，离子束2的电流为500nA，离子束2轰击区域为200nm×200nm，从物镜到样品最高点的垂直距离为9mm，轰击时间为1s。纳米孔10表面轰击处理后，纳米孔10孔径及纳米薄膜10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法，其特征在于，包括如下步骤：S1. 在纳米薄膜上刻蚀出纳米通孔；S2. 在步骤S1.的纳米薄膜正反两面沉积金属保护层；S3. 采用离子束对步骤S2.的纳米通孔表面进行轰击处理，纳米通孔收缩至一定孔径；S4. 去除金属保护层，得到收缩后的纳米通孔。

【技术特征摘要】
1.一种基于离子束轰击纳米薄膜发生塑性变形的纳米孔制造方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在纳米薄膜上刻蚀出纳米通孔；S2.在步骤S1.的纳米薄膜正反两面沉积金属保护层；S3.采用离子束对步骤S2.的纳米通孔表面进行轰击处理，纳米通孔收缩至一定孔径；S4.去除金属保护层，得到收缩后的纳米通孔。2.根据权利要求1所述的纳米孔制造方法，其特征在于，步骤S2.中金属保护层的材料为金、银、铂、钛、铝、镍或铜中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的纳米孔制造方法，其特征在于，步骤S2.中金属保护层沉积的方法为物理气相沉积或化学气相沉积。4.根据权利要求3所述的纳米孔制造方法，其特征在于，所述物理气相沉积包括电子束蒸镀和磁控溅射。5.根据权利要求1所述的纳米孔制造方法，其特征在于，步骤S2.中金属保护层的厚度为5nm~50nm。6.根据权利要求1所述的纳米孔制造方法，其特征在于，步骤S3.中所述离子束的离子源为液态金属离子源或惰性气体离子源。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁志山，雷鑫，王成勇，凌新生，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44