CN103868969B - 一种氮化硼纳米孔传感器及其制造方法 - Google Patents

一种氮化硼纳米孔传感器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于固态纳米孔的分子或离子探测技术领域，尤其涉及一种氮化硼纳米孔传感器及其制造方法。氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，包括基材，以及设置在基材上的氮化硼薄膜，所述氮化硼薄膜上设置有纳米孔，所述基材上设置有与所述纳米孔连通的通孔。本申请通过在原子层厚度的氮化硼薄膜上设置纳米孔，且经过处理后的氮化硼薄膜具有良好的亲水性，进而提高了纳米孔传感器的亲水性。

Description

一种氮化硼纳米孔传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及基于固态纳米孔的分子或离子探测技术领域，尤其涉及一种氮化硼纳米孔传感器及其制造方法。
背景技术
纳米孔是指在一种二维材料上的直径在纳米尺度的孔。含有纳米孔的器件通常会置于溶液环境中，将溶液隔开成两个部分，而纳米孔则成为连接两边溶液的唯一通道。当外置电压或压强差加在溶液两端时，溶液中的离子，带电分子和颗粒就会在电场的驱动下穿孔。这些带电分子等穿孔时，会引起相关信号，如离子电流信号发生变化，而被检测到。目前，纳米孔在探测DNA，蛋白质，microRNA及痕量金属离子等过程中表现出优异的性能，在诸如DNA测序，蛋白质测序，癌症细胞探测及环境中痕量重金属的探测等方面有着广阔的应用前景。
纳米孔分为固态纳米孔和生物纳米孔两部分。生物纳米孔孔径尺寸和厚度单一，难以调控，而且稳定性不够好，是制约它们应用的瓶颈。固态纳米孔则以其稳定性和与硅基半导体工业的较好兼容性而受到广泛关注。但是，一直以来难以将固态纳米孔制备到跟生物纳米孔可比拟的厚度。这大大降低了固态纳米孔的分辨率，制约了其在生物探测等方面的应用。2010年，石墨烯纳米孔问世，第一次实现了原子层厚度的纳米孔，解决了固态纳米孔的厚度问题。然而石墨烯纳米孔被发现亲水性不够好，而实际应用常常又是在流体环境中，这就使得石墨烯纳米孔的应用受到了限制。比如，在DNA探测中，由于石墨烯纳米孔跟DNA分子有着非特异性的疏水相互作用，致使纳米孔很快会因为结合DNA分子而堵塞。
针对上述问题，我们需要一种具有良好的亲水性的原子层厚度的纳米孔传感器。
发明内容
本发明的目的在于提出一种原子层厚度的氮化硼纳米孔传感器及其制造方法，具有良好的亲水性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种氮化硼纳米孔传感器，其包括基材，以及设置在基材上的氮化硼薄膜，所述氮化硼薄膜上设置有纳米孔，所述基材上设置有与所述纳米孔连通的通孔。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的一种优选方案，所述氮化硼薄膜为单原子层厚度。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的一种优选方案，位于传感器的两侧还分别设置有电极。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的一种优选方案，所述电极为银或含银化合物。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的一种优选方案，所述基材为半导体材料。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的一种优选方案，所述基材为硅或者含硅化合物。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的一种优选方案，所述通孔的直径不大于1微米。
一种如以上所述的氮化硼纳米孔传感器的制备方法，其包括步骤：
步骤A：制备氮化硼薄膜；
步骤B：制备氮化硅薄膜，并在氮化硅薄膜上打通孔；
步骤C：将氮化硼薄膜转移到氮化硅薄膜上，并覆盖住所述通孔，然后在此氮化硼薄膜的悬空区域上制备出纳米孔。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的制备方法的一种优选方案，在步骤A中，采用在化学气相沉积的方法在铜衬底上生长单原子层厚度的氮化硼薄膜，然后采用三氯化铁试剂溶解铜衬底得到悬空氮化硼薄膜。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的制备方法的一种优选方案，在步骤B中，采用湿法刻蚀方法来制备氮化硅薄膜并有聚焦离子束在氮化硅薄膜上制备出1微米以下的通孔。
作为上述氮化硼纳米孔传感器的制备方法的一种优选方案，在步骤C中，采用透射电子显微镜的聚焦电子束打在氮化硼薄膜上制备出氮化硼纳米孔。
本发明的有益效果为：本实施方式提供了一种氮化硼纳米孔传感器及其制造方法，其通过在氮化硼薄膜上设置纳米孔，且经过处理后的氮化硼薄膜具有良好的亲水性，进而提高了纳米孔传感器的亲水性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的氮化硼纳米孔传感器的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的氮化硼纳米孔传感器制备过程示意图。
其中：
1：基材；2：氮化硼薄膜；3：纳米孔；4：通孔；5：电极。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本实施方式提供了一种氮化硼纳米孔传感器，包括基材1，以及设置在基材上的氮化硼薄膜2，该氮化硼薄膜2上设置有纳米孔3，基材1上设置有与纳米孔3连通的通孔4。位于传感器的两侧还分别设置有电极5。
作为优选的，上述纳米孔3与石墨烯纳米孔具有同样的超薄特性（原子层厚度）。
当为电极5施加电压时，溶液中的离子，带电分子和颗粒会在电场的驱动下穿过纳米孔3，在穿孔的过程中会引起相关信号，如离子电流信号发生变化，实现分子检测的目的。
上述电极5为银或含银化合物，当然也不排除电极采用其它常用的金属材料制成。
具体的，基材1为半导体材料。作为优选的，基材1为硅或者含硅化合物。进一步优选的，基材1为氮化硅。
且上述通孔4的直径不大于1微米。作为优选的，通孔4的直径为0.5微米、0.2微米或0.1微米。
如图2所示，一种如以上所述的氮化硼纳米孔传感器的制备方法，其包括步骤：
步骤A：制备氮化硼薄膜；
步骤B：制备氮化硅薄膜，并在氮化硅薄膜上打通孔；
步骤C：将氮化硼薄膜转移到氮化硅薄膜上，并覆盖住所述通孔，然后在氮化硼薄膜开设与通孔连通的纳米孔。
在步骤A中，采用在化学气相沉积的方法在铜衬底上生长二维氮化硼薄膜，然后采用三氯化铁试剂溶解铜衬底得到悬空氮化硼薄膜。
在步骤B中，采用湿法刻蚀方法来制备氮化硅薄膜并有聚焦离子束在氮化硅薄膜上制备出1微米以下的通孔。
在步骤C中，采用透射电子显微镜的聚焦电子束打在氮化硼薄膜上制备出氮化硼纳米孔。
需要说明的是，在步骤B中提到的氮化硅薄膜为支持氮化硼的基材。
氮化硼纳米孔具有较高的抗氧化能力，为了提高芯片的亲水性，我们用传统的提高亲水性设备（比如紫外-臭氧清洗机）处理氮化硼纳米孔，然后再组装芯片测试应用。这样处理之后的氮化硼纳米孔被发现具有很好的亲水性。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，包括基材，以及设置在基材上的氮化硼薄膜，所述氮化硼薄膜上设置有纳米孔，所述基材上设置有与所述纳米孔连通的通孔，其中，所述氮化硼纳米孔经紫外-臭氧清洗机处理，然后再组装芯片测试应用。
2.根据权利要求1所述的氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，位于传感器的两侧还分别设置有电极。
3.根据权利要求2所述的氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，所述电极为银或含银化合物。
4.根据权利要求1所述的氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，所述基材为半导体材料。
5.根据权利要求4所述的氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，所述基材为硅或者含硅化合物。
6.根据权利要求1所述的氮化硼纳米孔传感器，其特征在于，所述通孔的直径不大于1微米。
7.一种如权利要求1所述的氮化硼纳米孔传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
步骤A：制备氮化硼薄膜；
步骤B：制备氮化硅薄膜，并在氮化硅薄膜上打通孔；
步骤C：将氮化硼薄膜转移到氮化硅薄膜上，并覆盖住所述通孔，然后在氮化硼薄膜开设与所述通孔连通的纳米孔；
其中，所述氮化硼纳米孔经紫外-臭氧清洗机处理，然后再组装芯片测试应用。
8.根据权利要求7所述的氮化硼纳米孔传感器的制备方法，其特征在于，在步骤A中，采用在化学气相沉积的方法在铜衬底上生长二维氮化硼薄膜，然后采用三氯化铁试剂溶解铜衬底得到悬空氮化硼薄膜。
9.根据权利要求7所述的氮化硼纳米孔传感器的制备方法，其特征在于，在步骤B中，采用湿法刻蚀方法来制备氮化硅薄膜并有聚焦离子束在氮化硅薄膜上制备出1微米以下的通孔。
10.根据权利要求7所述的氮化硼纳米孔传感器的制备方法，其特征在于，在步骤C中，采用透射电子显微镜的聚焦电子束打在氮化硼薄膜上制备出氮化硼纳米孔。
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