【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于納米孔，具體涉及一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法。
技術介紹
1、固態(tài)納米孔技術，作為一種新興的納米尺度的生物傳感器，憑借其無標簽和實時生物傳感的特性，已經在單分子生物學、基因組學和藥物篩選等多個領域引發(fā)了巨大的關注。其卓越的高可靠性和高靈敏度，預示著它可能成為下一代測序技術的核心基石。因此，深入研究并精密制造小尺度的固態(tài)納米孔，對于推動生物檢測技術的進步、深入探索生命奧秘以及疾病預防等方面都具有舉足輕重的意義。
2、發(fā)展固態(tài)納米孔的精密制造技術，對于提升制造精度和穩(wěn)定性具有至關重要的作用。這種技術的突破不僅能夠極大地推動生物檢測技術的進步，進一步揭開生命科學的神秘面紗，而且還在社會經濟發(fā)展方面展現(xiàn)出巨大的潛力。一旦制造技術達到成熟水平，它將為產業(yè)化進程鋪平道路，從而有效提高人們的生活質量。
3、控制擊穿技術是一種用于實現(xiàn)亞納米級固態(tài)納米孔低成本制造的有效方法。然而，該技術制備的固態(tài)納米孔在氮化硅窗口上的位置呈現(xiàn)出較大的隨機性，這種不確定性極大地限制了固態(tài)納米孔的可視化觀察。此外，控制擊穿技術在制備過程中存在一個顯著挑戰(zhàn)，即它只適用于制造單個納米孔。當嘗試在同一材料上制備第二個納米孔時，可能會導致之前制備的第一個孔出現(xiàn)無法預期的擴大，從而嚴重影響了檢測通量，使得該技術在大規(guī)模生產或高通量應用中受到限制。
技術實現(xiàn)思路
1、針對上述控制擊穿制備納米孔中存在的技術問題，本專利技術提供了一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，該方法操作簡單
2、為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，包括下列步驟：
4、s1、在硅晶片表面上化學氣相沉積二氧化硅層；
5、s2、在二氧化硅層上通過低溫化學氣相沉積低應力的氮化硅膜；
6、s3、在氮化硅膜上沉積尋址電極；
7、s4、在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口；
8、s5、將沉積有尋址電極的氮化硅芯片通過引線鍵合的方式連接到pcb電路板上；
9、s6、將氮化硅芯片與pcb電路板安裝在溶液池中間；
10、s7、通過源表來施加擊穿電壓在pcb電路板的接線柱和與氮化硅膜背面接觸的電解質溶液，pcb電路板上的8個獨立撥動開關用于控制施加電壓所作用的尋址電極；
11、s8、設置閾值電流，當觀測到納米孔的漏電流達到閾值電流之后，將源表的施加電壓降為0v；
12、s9、計算所制備納米孔的孔徑。
13、所述s1中硅晶片的厚度范圍為200um-400um，所述二氧化硅層的厚度范圍為400nm-600nm，所述s2中氮化硅膜的厚度范圍為20nm-30nm。
14、所述s3中尋址電極的厚度范圍為25nm，所述尋址電極制備有8個，所述尋址電極的材料為金，所述尋址電極的寬度為10um，所述尋址電極的尖端的長度與寬度分別為2.5um與500nm。
15、所述s4中在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口的方法為：硅晶片背面與二氧化硅層在30％?koh溶液中蝕刻8小時，蝕刻出500um*500um的氮化硅窗口，在硅晶片表面的尋址電極上設置pdms墊片進行保護。
16、所述s6中將氮化硅芯片與pcb電路板安裝在溶液池中間的方法為：氮化硅芯片背面一側溶液池通入3.6m的licl溶液，通過兩側的pdms墊片來保持電解質溶液的密封與緩沖保護作用，所述licl溶液的ph為8，所述licl溶液的電導率范圍為15.5s/m-17.5s/m。
17、所述s6中的pcb電路板上留有一個接線柱用于源表與pcb的連接，接線柱連接有8個獨立開關，8個獨立開關分別連接到了氮化硅芯片上的8個尋址電極，通過這8個獨立開關來控制8個尋址電極的工作與否，從而在一個氮化硅膜上獨立制備出8個納米孔。
18、所述s8中設置閾值電流范圍為180na-230na。
19、所述s9中計算所制備納米孔的孔徑的方法為：
20、
21、其中：d為納米孔的孔徑，l為氮化硅薄膜厚度，g為納米孔電導，σ為電解溶液電導率。
22、一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的裝置，包括keithley?2636b雙通道源測量單元、網線、計算機、法拉第籠、ag/agcl電極、pdms墊片、氮化硅芯片、溶液池、撥動開關、pcb電路板，所述keithley?2636b雙通道源測量單元分別與ag/agcl電極和pcb電路板電連接，所述keithley?2636b雙通道源測量單元通過網線與計算機連接，所述溶液池設置有兩個，兩個溶液池均設置在法拉第籠內，所述氮化硅芯片與pcb電路板安裝在兩個溶液池之間，所述ag/agcl電極伸入溶液池內，所述氮化硅芯片設置在pcb電路板上，所述pcb電路板上留有一個接線柱，所述接線柱連接有8個獨立開關，所述pdms墊片安裝在氮化硅芯片上。
23、所述氮化硅芯片包括硅晶片、二氧化硅層、氮化硅膜、尋址電極、二氧化硅鈍化層，所述二氧化硅層設置在硅晶片上，所述氮化硅膜設置在二氧化硅層上，所述尋址電極設置在氮化硅膜上，所述二氧化硅鈍化層設置在尋址電極上，所述pdms墊片安裝在尋址電極上。
24、本專利技術與現(xiàn)有技術相比，具有的有益效果是：
25、本專利技術通過在尋址電極上施加負電壓來克服這一限制。由于電子直接由金屬尋址電極提供，因此無需依賴氧化反應，從而顯著增加了氮化硅膜上的傳導效率。這種改進使得在更低的電壓下即可實現(xiàn)氮化硅膜的擊穿，進而實現(xiàn)了納米孔的精確定位制備。此外，本專利技術在氮化硅膜上沉積了8個金屬尋址電極，并通過pcb電路板上的撥動開關精確控制這些電極的激活狀態(tài)。這一設計使得我們可以在單個芯片上獨立、精確地制備多個納米孔，從而大大提高了分子檢測的通量。本專利技術的技術不僅為固態(tài)納米孔與微納芯片的集成制造提供了新的可能性，而且通過實現(xiàn)氮化硅膜上多個納米孔的定位制備，推動了分子檢測技術的進步，為未來的生物醫(yī)學研究和應用提供了新的工具和方法。
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1.一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：包括下列步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S1中硅晶片的厚度范圍為200um-400um，所述二氧化硅層的厚度范圍為400nm-600nm，所述S2中氮化硅膜的厚度范圍為20nm-30nm。
3.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S3中尋址電極的厚度范圍為25nm，所述尋址電極制備有8個，所述尋址電極的材料為金，所述尋址電極的寬度為10um，所述尋址電極的尖端的長度與寬度分別為2.5um與500nm。
4.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S4中在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口的方法為：硅晶片背面與二氧化硅層在30％KOH溶液中蝕刻8小時，蝕刻出500um*500um的氮化硅窗口，在硅晶片表面的尋址電極上設置PDMS墊片進行保護。
5.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S6中將氮化硅芯片與PCB電
6.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S6中的PCB電路板上留有一個接線柱用于源表與PCB的連接，接線柱連接有8個獨立開關，8個獨立開關分別連接到了氮化硅芯片上的8個尋址電極，通過這8個獨立開關來控制8個尋址電極的工作與否，從而在一個氮化硅膜上獨立制備出8個納米孔。
7.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S8中設置閾值電流范圍為180nA-230nA。
8.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述S9中計算所制備納米孔的孔徑的方法為：
9.一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的裝置，該裝置用于權利要求1-8任一項所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：包括Keithley?2636B雙通道源測量單元(1)、網線(2)、計算機(3)、法拉第籠(4)、Ag/AgCl電極(5)、PDMS墊片(6)、氮化硅芯片(7)、溶液池(8)、撥動開關(9)、PCB電路板(10)，所述Keithley?2636B雙通道源測量單元(1)分別與Ag/AgCl電極(5)和PCB電路板(10)電連接，所述Keithley2636B雙通道源測量單元(1)通過網線(2)與計算機(3)連接，所述溶液池(8)設置有兩個，兩個溶液池(8)均設置在法拉第籠(4)內，所述氮化硅芯片(7)與PCB電路板(10)安裝在兩個溶液池(8)之間，所述Ag/AgCl電極(5)伸入溶液池(8)內，所述氮化硅芯片(7)設置在PCB電路板(10)上，所述PCB電路板(10)上留有一個接線柱，所述接線柱連接有8個獨立開關(9)，所述PDMS墊片(6)安裝在氮化硅芯片(7)上。
10.根據權利要求9所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的裝置，其特征在于：所述氮化硅芯片(7)包括硅晶片(11)、二氧化硅層(12)、氮化硅膜(13)、尋址電極(14)、二氧化硅鈍化層(15)，所述二氧化硅層(12)設置在硅晶片(11)上，所述氮化硅膜(13)設置在二氧化硅層(12)上，所述尋址電極(14)設置在氮化硅膜(13)上，所述二氧化硅鈍化層(15)設置在尋址電極(14)上，所述PDMS墊片(6)安裝在尋址電極(14)上。
...【技術特征摘要】
1.一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：包括下列步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述s1中硅晶片的厚度范圍為200um-400um，所述二氧化硅層的厚度范圍為400nm-600nm，所述s2中氮化硅膜的厚度范圍為20nm-30nm。
3.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述s3中尋址電極的厚度范圍為25nm，所述尋址電極制備有8個，所述尋址電極的材料為金，所述尋址電極的寬度為10um，所述尋址電極的尖端的長度與寬度分別為2.5um與500nm。
4.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述s4中在硅晶片背面蝕刻氮化硅窗口的方法為：硅晶片背面與二氧化硅層在30％koh溶液中蝕刻8小時，蝕刻出500um*500um的氮化硅窗口，在硅晶片表面的尋址電極上設置pdms墊片進行保護。
5.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述s6中將氮化硅芯片與pcb電路板安裝在溶液池中間的方法為：氮化硅芯片背面一側溶液池通入3.6m的licl溶液，通過兩側的pdms墊片來保持電解質溶液的密封與緩沖保護作用，所述licl溶液的ph為8，所述licl溶液的電導率范圍為15.5s/m-17.5s/m。
6.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨立制備多個納米孔的方法，其特征在于：所述s6中的pcb電路板上留有一個接線柱用于源表與pcb的連接，接線柱連接有8個獨立開關，8個獨立開關分別連接到了氮化硅芯片上的8個尋址電極，通過這8個獨立開關來控制8個尋址電極的工作與否，從而在一個氮化硅膜上獨立制備出8個納米孔。
7.根據權利要求1所述的一種基于尋址電極獨...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王艷紅，武京治，李海軍，
申請(專利權)人：中北大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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