[发明专利]一种制备自封闭纳米通道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米通道制备技术领域，尤其涉及一种低成本、简单方便，基于紫外曝光和干法刻蚀技术及湿法腐蚀技术的自封闭纳米通道的制备方法。

背景技术

纳米通道为直径在纳米量级的孔或管道结构，由于纳米级结构的尺寸效应、比表面积效应及管道内外特殊的物理化学性质，成为化学，材料学，生物学等纳米前沿领域的重要研究对象。目前，涉及纳米通道技术的研究主要有自然态的通道和人工纳米通道两类。自然态的通道广泛存在于很多生物结构中，如α-溶血素与人体细胞结合形成的跨膜通道能造成细胞内外电解质失衡，以及由多种蛋白质构成的纳米通道具有选择透过性，生物纳米通道在生命的分子细胞过程中起着至关重要的作用，如生物能量转换，神经细胞膜电位的调控，细胞间的通信和信号转导等等。人工纳米通道相较于天然纳米通道具有材料来源广泛，可重复利用，可根据目的选择结构以及不易实效且容易修饰的优点，涉及研究通道的制备技术、形成原理，理化性质，在通道内的传输动力学规律及通道状态的控制等领域，为研究纳米通道内特殊的理化性质，传输特性等提供了手段和平台。

目前制备纳米通道的主要方法有：模板合成法，电化学沉积，化学聚合，化学气相沉积，碳纳米管包埋以及离子束刻蚀等方法，随着微电子机械系统和材料制备领域的迅速发展,流体在微、纳米通道内的流动问题在过去的二十年中已经倍受关注,迫切需要人们提高对流体在纳米尺度微通道内的流动及传输特性的认识，在污水处理和海水淡化领域也为科学家们所关注，纳米通道技术在DNA分子测序，疾病监测，药物筛选等方面都广阔的前景。纳米通道作为重要的载体，在纳米科学研究中占有举足轻重的角色，但目前人工合成的纳米通道技术具有非常大局限性，如在其通道封闭性、通道长度、通道空间自由度及通道形状变化性等方面都存在很大难度和挑战，目前还没有很好的技术途径来解决这些问题，（如文献(Single InAs Quantum Dot Grown at the Junction of Branched Gold-Free GaAs Nanowire，Nano Lett.2013,13,1399-1404)，或者制备的通道为开放式的，如文献(Light and pH Cooperative Nanofl uidic Diode Using a Spiropyran-Functionalized Single Nanochannel，Adv.Mater.2012,24,2424–2428和Continuous Patterning of Nanogratings by Nanochannel-Guided Lithography on Liquid Resists，Adv.Mater.2011,23,4444–4448)。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备自封闭纳米通道的方法，该方法制备方法简单，制备的纳米通道形状可以按照自己的意愿自行设计，长度可以达到厘米量级，且高度可精确控制并连续可调。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种制备自封闭纳米通道的方法，其包括以下步骤：

步骤A：对衬底进行清洗并烘干，在清洗好的衬底表面依次生长支撑层、牺牲层、自封闭层；

步骤B：在所述自封闭层上采用光刻的方法制备相应的光刻胶图形；

步骤C：采用干法刻蚀的方法将光刻胶图形转移到所述自封闭层上，并去除残胶；

步骤D：对所述牺牲层进行湿法腐蚀处理；

步骤E：在去离子水中浸泡；

步骤F：用氦气枪吹干，自封闭层自封闭得到纳米通道。

作为上述制备自封闭纳米通道的方法的一种优选方案，在步骤A中，对衬底的清洗采用丙酮、酒精、二次去离子水水三步超声水洗，且每步清洗的时间为3-5分钟。

作为上述制备自封闭纳米通道的方法的一种优选方案，在步骤A中，所述支撑层、自封闭层均为SiN薄膜，牺牲层为Si薄膜。

作为上述制备自封闭纳米通道的方法的一种优选方案，所述支撑层的厚度为200-300nm，自封闭层的厚度为35-50nm，牺牲层的厚度为5-500nm。

作为上述制备自封闭纳米通道的方法的一种优选方案，在步骤B中，所述光刻的方法为紫外光刻、电子束曝光、激光直写或纳米压印。

作为上述制备自封闭纳米通道的方法的一种优选方案，在步骤C中，所述干法刻蚀的方法为反应离子刻蚀技术或感应耦合等离子刻蚀。