[发明专利]纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法

说明书

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，该纳米孔结构，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。本公开提供的纳米孔结构、控制纳米孔大小的装置及方法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；同时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。

技术领域

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。