硅基宽阵列纳米通孔的制造方法及硅基宽阵列纳米通孔

本发明涉及基因测序领域和生物分子传感的，具体涉及一种硅基宽阵列纳米通孔的制造方法及硅基宽阵列纳米通孔。

背景技术：

1、在现代医疗与检测领域汇中，人类愈发对生物大分子的识别、基因测序与高分子聚合物的研究感兴趣。基因测序技术不仅为遗传信息的揭示和和基因表达调控等基础生物学研究提供重要数据，而且在基因诊断和基因治疗等应用研究中也发挥着重要的作用。

2、基于固态纳米孔的单分子dna测序方法，是第三代基因测序技术中成本最低且最具竞争力的技术，其原理是通过一个含有纳米级通孔的样板将电解液室分隔为顺式和反式两个腔室。当向电解液室施加电压时，溶液中的电解质粒子通过电泳移动并穿过纳米孔，形成稳态离子电流。而dna或rna的进入和离开会使离子电流产生堵塞信号，这些阻塞电流幅度和持续时间传达了基因分子的许多特性，包括它们的大小、浓度和结构，从而实现了对dna和rna的测序。

3、目前固态纳米孔的基底材料多为氮化硅、氧化硅以及碳化硅，其最常见的制造方法多是用高能电子束或者聚焦粒子直接在指定位置钻出纳米尺寸的孔，然而这种通过干法刻蚀或者物理方式加工的制作成本高、效率低且纳米孔质量差，尺寸不易控制且易破损。金属辅助化学刻蚀法(mace)是制备硅基固态纳米孔的常用方法之一，具有操作简便、设备简单、成本低廉和高效等优点，可大规模商业化应用,因而近年来被广泛研究。金属辅助化学刻蚀制备硅基纳米孔的过程可以分为两步：首先在洁净的硅衬底表面沉积一层贵金属(ag、au、pt等)纳米颗粒，以催化、氧化它附近的硅原子；然后在贵金属的催化作用下利用hf与h2o2与硅发生氧化还原反应，进而制备硅基固态纳米孔。

4、然而，这种简单高效的制备硅纳米孔的方法存在一些难以控制的缺点:(1)硅基纳米孔的直径取决于金属纳米颗粒的大小，而金属纳米颗粒聚集、相连后会导致硅纳米孔之间也密集，从而会对后续基因测序中的电流信号检测产生干扰；(2)由于贵金属颗粒在硅片表面的随机沉积，导致制备的硅纳米孔排列无序且间距不易调控。

技术实现思路

1、本发明提供一种硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，旨在解决现有的硅纳米孔的制备效率低，硅纳米孔排列无序且间距不易调控，产品电流信号检测干扰大的问题。

2、本发明实施例提供一种硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

3、s1、硅片准备：对硅片晶圆进行初步清洗烘干；

4、s2、锥形槽初步刻蚀：将所述硅片浸泡在koh和异丙醇的混合溶液中刻蚀；

5、s3、金属辅助化学刻蚀：通过匀胶机将包覆sio2的au颗粒溶液旋涂在硅片表面，固化后将目标硅片浸泡在hf和h2o2混合液中刻蚀；

6、s4、去除所述目标硅片的表面多余杂质，并依次进行离心洗涤与真空干燥，得到硅基宽阵列纳米通孔成品。

7、优选的，所述s1具体包括：将硅片在去离子水超声浴中清洗3min，然后用氮气流干燥1-3min。

8、优选的，所述s2具体包括以下步骤：

9、s21、在所述硅片晶圆表面均匀旋涂一层500nm的胶层，而后烘干固化胶层；

10、s22、将所述s21的硅片放置在光刻机下对准，经过曝光、显影、冲洗及干燥后在硅片表面得到方形阵列的初步刻蚀口；

11、s23、将所述s22的硅片浸泡在koh和异丙醇的混合刻蚀液中10min后拿出洗涤干燥。

12、优选的，所述s22中，光刻后得到的方形阵列图案尺寸为5x5um2。

13、优选的，所述s23中，在所述混合刻蚀液中10min后，还包括以下步骤：

14、保持刻蚀过程中温度为40℃恒定，且持续用超声波进行搅拌，最终得到金字塔锥形槽，随后拿出清洗干燥。

15、优选的，所述s23中，按照质量比：

16、所述混合刻蚀液中，koh的含量为30wt％，异丙醇的含量为1wt％，所述的干燥温度为50℃～90℃，干燥时间为1～2h。

17、优选的，所述s3具体包括以下步骤：

18、s31、用移液枪吸附au@sio2纳米粒子溶液滴到固定在匀胶机转盘上的硅片表面；其中，固定在匀胶机上的硅片尺寸为10x10mm2；

19、s32、控制匀胶机转盘转动使得au@sio2纳米粒子溶液均匀旋涂在硅片表面，从而在锥形槽底形成单层金属膜；其中，所述匀胶机第一次工作旋转速度为300rpm，旋转时间为5s，所述匀胶机第二次工作旋转速度为2000rpm，旋转时间为5s，所述匀胶机第三次工作旋转速度为5000rpm，旋转时间为9s；

20、s33、将所述s32中的硅片浸泡在hf、h2o2和去离子水的混合溶液中做金属辅助化学刻蚀；其中，按照质量比：所述混合刻蚀液中，hf的含量为40wt％，h2o2的含量为10wt％，刻蚀时间为20min，温度恒定在27℃。

21、优选的，所述s4具体包括以下步骤：

22、用有机溶剂和去离子水去除掉硅片表面剩余的胶层和多余刻蚀液，并依次进行离心洗涤与真空干燥，最终在硅片上得到大面积有序的较小硅基纳米深孔阵列。

23、优选的，所述s4中，所述离心洗涤的转速为500～800rpm，洗涤时间为30～40min；

24、所述真空干燥的干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为3～4h。

25、第二方面，本发明实施例提供一种硅基宽阵列纳米通孔，所述硅基宽阵列纳米通孔由上述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法制得。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过对硅片晶圆进行初步清洗烘干；将所述硅片浸泡在koh和异丙醇的混合溶液中刻蚀；通过匀胶机将包覆sio2的au颗粒溶液旋涂在硅片表面，固化后将目标硅片浸泡在hf和h2o2混合液中刻蚀；去除所述目标硅片的表面多余杂质，并依次进行离心洗涤与真空干燥，得到硅基宽阵列纳米通孔成品。所述的硅基纳米孔由金属辅助化学刻蚀加工所得，刻蚀的速率快，极大的节省了加工时间；且所得到纳米通孔尺寸孔径较小，高度较深，能够实现单碱基dna测序。该制造方法中先由硅片在koh中的各项异性刻蚀来得到锥形预刻蚀口，使得之后金粒子的沉积更为精确，且纳米通孔之间的距离宽度保持在1cm，使得后续的基因检测或传感控制都更为准确，大大提高了传感控制的稳定性。

技术特征：

1.一种硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s1具体包括：将硅片在去离子水超声浴中清洗3min，然后用氮气流干燥1-3min。

3.如权利要求1所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s2具体包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s22中，光刻后得到的方形阵列图案尺寸为5x5um2。

5.如权利要求3所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s23中，在所述混合刻蚀液中10min后，还包括以下步骤：

6.如权利要求3所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s23中，按照质量比：

7.如权利要求1所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s3具体包括以下步骤：

8.如权利要求1所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s4具体包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法，其特征在于，所述s4中，所述离心洗涤的转速为500～800rpm，洗涤时间为30～40min；

10.一种硅基宽阵列纳米通孔，其特征在于，所述硅基宽阵列纳米通孔由权利要求1-9任一项所述的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法制得。

技术总结本发明提供了一种硅基宽阵列纳米通孔的制造方法及硅基宽阵列纳米通孔，所述制造方法包括以下步骤：S1、硅片准备：对硅片晶圆进行初步清洗烘干；S2、锥形槽初步刻蚀：将所述硅片浸泡在KOH和异丙醇的混合溶液中刻蚀；S3、金属辅助化学刻蚀：通过匀胶机将包覆SiO<subgt;2</subgt;的Au颗粒溶液旋涂在硅片表面，固化后将目标硅片浸泡在HF和H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;混合液中刻蚀；S4、去除所述目标硅片的表面多余杂质，并依次进行离心洗涤与真空干燥，得到硅基宽阵列纳米通孔成品。本发明的硅基宽阵列纳米通孔的制造方法制造效率高，硅纳米孔排列有序且间距易调控，稳定性好。技术研发人员：陈云,吴文轩,蔡楚濠,张子超,侯茂祥,吴恒旭,马莉,陈新受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/3/11