纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法与流程

本公开涉及纳米孔及纳米孔阵列加工技术领域，尤其涉及一种纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法。

背景技术：

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，本申请发明人发现，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，每增加一定量的金属层20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，步骤c包括：步骤c1：将电极连接至电化学工作站的同一电极端，将空腔中的溶液连接至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，测量金属层20的电阻值，判断金属层20的电阻值是否符合要求：若不符合要求，返回步骤c1；若符合要求，进入步骤d。

在本公开的一些实施例中，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。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法，采用正反两面均生长有金属层的纳米孔结构，通过控制正反两面金属层的生长，达到精确控制并缩小纳米孔的同时，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。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。