一种制作纳米间隙和纳米间隙传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种制作纳米间隙和纳米间隙传感器的方法，和用这种方法制作的纳米间隙和纳米间隙传感器。本发明专利技术涉及的这种制作纳米间隙和纳米间隙传感器的方法，能够通过运用了半导体制造工艺的各向异性刻蚀实现。通过本发明专利技术中的方法，纳米间隙和纳米间隙传感器能够被简单和廉价地大量生产。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，尤其是一种利用半导体 制造工艺，以低成本制作纳米间隙和纳米间隙传感器的简单方法，使纳米间隙的位置和 宽度容易调整。
技术介绍
一般而言，纳米间隙可用于电极，由此纳米间隙可以被用来研究纳米级结构的电 学特性，或者被用作传感器，以便测量化学材料或生物材料中的微量。尤其，在测量分 子水平的电学特性变化时，必需使用纳米间隙。最近， 一种利用电迁移现象在金属丝预定位置形成间隙的方法(Appl. Phys. Lett 75, 301), —种利用电子束光刻制作纳米间隙的方法(Appl.Phys. Lett 80， 865 )， 一种先形成 相对大的间隙，再利用电化学沉积方法缩小间隙的方法(Appl. Phys. Lett 86,123105 ), 一种利用荫罩板制作纳米间隙的方法(U.S. Patent No. 6,897,009)等，已经被作为制作 纳米间隙的方法提出。然而，在利用电迁移现象在金属丝预定位置形成间隙的方法中，准备具有几十到 几百纳米线宽的金属丝，产生流经金属丝的电流，由此金属丝中的原子逐渐移动从而使 金属丝的预定部分断开，由此形成具有几纳米宽度的间隙。要精确控制纳米间隙的位置 和大小是困难的。还有，在采用电子束光刻制作纳米间隙的方法中，所述方法是利用电子束直接制 作图案的方法，能够获得精确的纳米间隙，但是难以大量制作纳米间隙。还有，^Hf号为10-2004-0082418的韩国专利中公开了一种通过在第一电极的一侧 放置间隔装置，形成第二电极，然后去除所述间隔装置以形成纳米间隙电极的方法。然 而，这种方法的缺点在于处理过程复杂，调节纳米间隙宽度困难，并且，不可能同时形 成大量的纳米间隙电极。还有，在采用在电化学沉积方法形成纳米间隙的方法中，金属电极被相对大的间 隙彼此分开放置，形成于预定基片上，导电终端连接于金属电极图案，整个基片被浸入 电解质溶液中，之后在其上施加电压，以便电极层沉积于金属电极图案的表面，结果电 极层变厚以便逐渐减少间隙的宽度，从而在其中形成纳米间隙，此处理过程复杂，并且 难于调节纳米间隙大小。还有，在采用荫罩板制作纳米间隙的方法中，放置如纳米管的纳米结构，其后在 纳米结构上沉积金属材料，由此形成和纳米结构相同大小的纳米间隙，所形成的纳米间 隙大小由纳米结构决定，并且难以在期望位置形成纳米间隙。因此，在考虑尝试利用传统的半导体制造工艺生产纳米间隙时，经济和有效的大 量生产纳米间隙是困难的。由此，对例如单分子、纳米粒子，蛋白质和DNA等纳米级 材料，使用纳米间隙对其电学特性的直接评估和分析等受到限制。然而，由于半导体制 造工艺的持续进步，纳米级材料能够被用具有纳米间隙的电极处理。如果采用这一工艺， 便能够测量单分子或纳米粒子的物理和电学特性，比如电导率等。而且，通过控制流经 分子的电流，已发展出纳米级的电子器件，例如纳米级整流器和纳米级晶体管。此外， 对于生物技术的研究，例如用于观察蛋白质、DNA等在被置于具有纳米级间隙的电极 之间并被施加药物时，其电学特性的变化的生物设备，已经在迅速的进步。这种在分子 电子器件，生物设备等发展中的重要技术，是一种形成金属纳米间隙的技术，其中所述 金属纳米间隙具有纳米级间隙，能够在期望位置固定纳米级材料。由此，在相关
中仍然存在的技术问题是，没有能方便、经济和有效的制 作纳米间隙的方法。公开内容 技术问题因此，本专利技术被用来解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种利用半导体制造工艺， 低成本方便地制作纳米间隙的方法。本专利技术的另 一个目的是，利用上述方法所构造的纳米间隙，提供一种制作纳米间隙 传感器的方法，用于研究纳米级材料的物理和化学特性。本专利技术更进一步的目的是，利用上述纳米间隙和制作纳米间隙传感器的方法，提供 一种可以用来大量生产具有预定大小的纳米间隙传感器的方法。本专利技术还有另一个目的是利用通过上述方法制作的纳米间隙传感器，提供一种观察纳米级材料的电学和化学特性的方法。 附图简述附图说明图1为流;f呈示意图，显示了才艮据本专利技术的一个实施例，制作纳米间隙传感器的过程；图2为示意图，阐明了根据本专利技术的方法，基于硅厚度和掩模图案宽度进行数值 计算来确定间隙大小(宽度)，以制造纳米间隙传感器；图3为截面视图，显示了根据本专利技术的一个实施例，制作纳米间隙传感器的每一 步处理过程；图4为示意图，阐明了氧化处理中，二氧化^f圭在纳米间隙上的形成； 图5为示意图，显示了氧化处理后间隙尺寸减小；图6为通过本专利技术的制作纳米间隙的方法所获得的纳米间隙的电子显微照片；图7为显示了图6中纳米间隙的间隙大小的电子显孩i照片；图8为纳米间隙的电子显微照片，其中可以比较根据本专利技术的制作纳米间隙的方 法所制作的纳米间隙中，氧化处理之前和氧化处理之后的间隙大小；图9为一种状态示意图，其中，通过将抗体附着到4艮据本专利技术所述方法制作的纳 米间隙传感器上而检测抗原；图10为利用纳米间隙传感器后测得的实验结果图。图ll为示意图，显示了将生物分子附着于现有的纳米间隙传感器的方法；并且 图12为一种状态示意图，其中，将抗体直接附着于冲艮据本专利技术的实施例制作的纳 米间隙传感器的电极表面，并且其上4建合有分析抗原。附图要素描述10:硅基片20:掩模材料30:光刻胶40:埋层二氧化硅50:电极材料60:钝化材料最佳方式为完成上述目的，本专利技术 一方面提供了 一种制作纳米间隙的方法，包括各向异性 地刻蚀基片。优选地，为了在基片上形成V形截面(V凹槽)，基片的各向异性刻蚀包括干法 刻蚀或者湿法刻蚀基片。更为优选地，基片的各向异性刻蚀包括使用能够实现各向异性 刻蚀的蚀刻剂的湿法刻蚀。作为优选实施例，本专利技术公开了一种制作纳米间隙的方法，该方法使用能够实现 各向异性刻蚀的蚀刻剂来进行湿法刻蚀硅基片，但是本专利技术并不局限于此。在各向异性 刻蚀中，用来制作纳米间隙的基片可以是硅基片，氧化硅基片，玻璃基片，陶瓷基片或 者金属基片。金属基片可由金，银，铬，钛，铂，铜，把，ITO(铟锡氧化物)，或者铝 组成。如相关
中所熟知，可以利用上述任意基片制作纳米间隙，并且，通过干 法或者湿法各向异性刻蚀，能够在其上制作纳米间隙。尤其是，制作纳米间隙的方法是 利用半导体制造工艺完成的。在半导体制造工艺中，通过化学刻蚀形成图案的方法，在硅基片上形成所需的电 子线路，已经被广泛利用于相关
中。在这种情况下，依照刻蚀硅基片的方式不 同，刻蚀被分为各向同性刻蚀或者各向异性刻蚀。各向同性刻蚀或者各向异性刻蚀可以 根据硅基片的种类和用来刻蚀的蚀刻剂的种类进行调整。在本专利技术中实现了通过各向异 性刻蚀方法制作纳米间隙的方法，以作为形成纳米间隙的方法。一般而言，在相关
中，术语纳米间隙是指具有范围在几纳米到几十 或者几百纳米的宽度的间隙，但是其大小并未被限制到任何明确的范围中。如以下 所详细描述，这样的纳米间隙一般被用作纳米间隙传感器，通过在纳米间隙上形成电极， 利用生物器件来评估纳米级分子的特性或者分析细胞，DNA，蛋白质，或者抗原-抗体 复合物。通过本专利技术，如以下所详细描述，根据分析对象，通过调节在硅基片上掩模图 案的大小，纳米间隙期望宽度可以被容易并且多样地调节。根据本专利技术的优选实施例，如上所迷，本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成纳米间隙的方法，包括各向异性地刻蚀基片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-10-21 10-2005-0099585;KR 2006-8-2 10-2006-1.形成纳米间隙的方法，包括各向异性地刻蚀基片。2. 如权利要求l所述的形成纳米间隙的方法，其中所述基片为硅基片，氧化硅基片，玻璃基片，陶瓷基片或者金属基片。3. 如权利要求2所述的形成纳米间隙的方法，其中所述金属基片从金、银、铬、钛、 柏、铜、钯、ITO (铟锡氧化物)，或者铝中选择。4. 如权利要求2所述的形成纳米间隙的方法，其中所述基片为硅基片或者氧化硅基 片。5. 如权利要求l所述的形成纳米间隙的方法，其中所述基片被刻蚀以具有V形截面。6. 如权利要求4所述的形成纳米间隙的方法，其中所述硅基片是单晶硅基片。7. 如权利要求6所述的形成纳米间隙的方法，其中所述硅基片为<100>型。8. 如权利要求l所述的形成纳米间隙的方法，其中利用了刻蚀剂完成基片的各向异 性刻蚀，所述蚀刻剂能够实现各向异性刻蚀。9. 如权利要求8所述的形成纳米间隙的方法，其中所述蚀刻剂从KOH、 TMAH、 EDP 中选择。10. 如权利要求l所述的形成纳米间隙的方法，其中利用了干法刻蚀完成基片的各向 异性刻蚀。11. 如权利要求1-10中任意一个所述的形成纳米间隙的方法，在所述基片刻蚀之前， 包括a) 在所述基片上沉积掩模材料；b) 在所述沉积的掩^f莫材料上施用光刻胶；c) 使所施用的光刻胶显影；并且d) 通过去除掩^^莫材料，曝光所述基片要被刻蚀的部分。12. 如权利要求ll所述的形成纳米间隙的方法，其中所述掩模材料为氮化硅(Si3N4) 薄膜。13. 如权利要求ll所述的形成納米间隙的方法，其中通过确定所述基片厚度和所迷掩 模材料图案的宽度来调节所迷纳米间隙的大小，利用下述等式[等式l〗<formula>formula see original document page 2</formula>其中Z为所述基片厚度，Wm为所述掩模材料图案的宽度，并且W。为所述纳 米间隙的宽度。14. 如权利要求ll所述的形成纳米间隙的方法，其中通过利用紫外线曝光使所述光刻胶显影。15. 如权利要求ll所述的形成納米间隙的方法，其中通过去除掩模材料，曝光所述基 片要被刻蚀的部分，是利用反应性离子刻蚀来完成的。16. 如权利要求11或15所述的形成纳米间隙的方法，进一步包括，在通过去除所述掩 模材料，曝光所述基片要被刻蚀的部分之后 去除残留光刻胶。17. 如权利要求ll所述的形成纳米间隙的方法，进一步包括，刻蚀所述基片之后 去除基片上残留的掩模材料。18. 如权利要求17所述的形成纳米间隙的方法，其中利用湿法刻蚀或者干法刻蚀去除 残留的掩才莫材对牛。19. 如权利要求18所述的形成纳米间隙的方法，其中通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凤铉，金常圭，朴惠贞，
申请(专利权)人：韩国生命工学研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]