CN115121300A - 带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，该阵列芯片由下至上依次包括：硅基片、第一电介质层、第二电介质层及若干电极；硅基片中形成有贯穿其的空腔；第一电介质层中形成有若干个贯穿其的纳米孔；第二电介质层中形成有若干个贯穿其的微流腔及微流道，每个微流腔均对应一个纳米孔，每个微流腔与两个微流道连通；若干个电极对应设置于若干个微流腔的上面且形成于第二电介质层的表面，每个电极裸露出部分与其对应的微流腔；空腔显露若干个纳米孔。该阵列芯片可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积，提高对准误差；再者，基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。

Description

带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法
技术领域
本发明属于微纳医疗检测应用技术领域，特别是涉及一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法。
背景技术
人类基因的碱基序列蕴含着个体生老病死的全部遗传信息。通过基因测序技术实现人类遗传密码的精准破译是21世纪生命科学的重点研究方向之一。作为第三代测序技术的主要方法之一，纳米孔测序技术具有高通量、低成本、免标记、无需扩征、读取长度长等特点，被认为是最有希望实现低成本的下一代人类基因检测技术。
纳米孔测序的基本原理是：两个电解液室被绝缘膜分隔开，形成顺式和反式隔室，绝缘膜上只有一个纳米级的孔连通两腔室。当向电解液室施加电压时，溶液中的电解质离子通过电泳移动并穿过纳米孔，形成稳态离子电流，当尺寸略小于孔径的颗粒穿过孔时，流过纳米孔的电流将被阻塞，从而中断电流信号，随后恢复原有信号。将带电生物分子(离子、DNA、RNA、肽、蛋白质、药物、聚合物大分子等)样品添加到一个电解液隔室中会导致生物分子从纳米孔中进入和离开，这会在离子电流信号中产生一系列阻塞电流信号，这些阻塞电流幅度和持续时间传达了样品的许多特性，包括生物分子的大小、浓度和结构。
基于生物纳米孔存在寿命短、对环境敏感、孔径固定等问题，而固态纳米孔具有可加工性、装置的鲁棒性、纳米孔尺寸的灵活性以及半导体工艺的兼容性，因此受到人们的广泛关注。
在纳米孔测序芯片中，每个纳米孔都与一个特定的微流腔或微流道对应，用于DNA的转运与测序过程的实现，而目前整个纳米孔测序芯片的制备成本较高、体积较大，同时产品的良率也较低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，用于解决现有技术中固态纳米孔测序芯片的制备成本高、芯片体积大、产品良率低等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
提供固态纳米孔阵列基片，所述固态纳米孔阵列基片包括硅基片及形成于所述硅基片上的第一电介质层，所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；
于所述第一电介质层上沉积第二电介质层；
通过光刻及刻蚀工艺，于所述第二电介质层中形成若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；
于若干个所述微流腔及微流道中填充满金属，形成若干个金属层；
于所述第二电介质层上形成若干个电极，其中若干个所述电极对应形成于若干个所述金属层的上方，且每个所述电极裸露出部分与其对应的所述金属层；
湿法去除所述金属层；
刻蚀所述硅基片的背面，形成贯穿所述硅基片的空腔，且所述空腔显露若干个所述纳米孔。
可选地，刻蚀所述硅基片的背面形成一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或刻蚀所述硅基片的背面形成若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。
可选地，所述硅基片为(110)硅基片；采用化学气相沉积工艺形成所述第一电介质层及所述第二电介质层；采用氢氧化钾溶液湿法刻蚀所述硅基片的背面，形成所述空腔。
可选地，所述金属层的材料为Al或Cu；所述电极的材料为TiN、Au或Pt。
可选地，当所述金属层的材料为Cu时，采用浓硫酸、王水或稀硝酸湿法去除所述金属层；当所述金属层的材料为Al时，采用氢氧化钠、稀硫酸、稀硝酸、磷酸或盐酸湿法去除所述金属层。
进一步地，所述浓硫酸的浓度介于50％～99％之间，所述稀硝酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述氢氧化钠的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述稀硫酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述磷酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述盐酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间。
可选地，形成若干个所述微流腔及微流道的步骤包括：
于所述第二电介质层表面涂覆光刻胶层并图形化，形成图形化的光刻胶层；
基于所述图形化的光刻胶层采用湿法刻蚀所述第二电介质层，形成贯穿所述第二电介质层的若干个所述微流腔及微流道；
去除所述图形化的光刻胶层。
本发明还提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片，所述阵列芯片由下至上依次包括：硅基片、第一电介质层、第二电介质层及若干个电极；
所述硅基片中形成有贯穿所述硅基片的空腔；
所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；
所述第二电介质层中形成有若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；
若干个所述电极对应设置于若干个所述微流腔的上面且形成于所述第二电介质层的表面，每个所述电极裸露出部分与其对应的所述微流腔；所述空腔显露若干个所述纳米孔。
可选地，所述硅基片中形成有一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或所述硅基片中形成有若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。
可选地，所述硅基片的厚度介于500μm～1000μm之间，所述第一电介质层的厚度介于10nm～1000nm之间，所述第二电介质层的厚度介于10nm～100μm之间。
可选地，所述纳米孔的尺寸介于0.1nm～30nm之间。
可选地，若干个所述微流腔相同且呈阵列排布，且相邻两排的所述微流腔的间距及相邻两个所述微流腔的间距相等。
进一步地，所述间距介于5μm～2000μm之间。
可选地，所述微流腔的横截面形状为正方形，所述微流道的横截面形状为长方形。
进一步地，所述正方形的宽度介于1μm～1000μm之间，所述长方形的宽度介于0.5μm～500μm之间。
可选地，所述第一电介质层的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2；所述第二电介质层的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2。
可选地，所述电极的材料为TiN、Au或Pt。
如上所述，本发明的带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积；另外不需要实现两块芯片间的对准集成，提高对准误差从而提高良率；再者，该制备方法基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。
附图说明
图1显示为本发明的带微流道的固态纳米孔阵列芯片制备方法的流程示意图。
图2至图19显示为本发明的带微流道的固态纳米孔阵列芯片制备过程中各步骤所呈现的结构示意图，其中图18及图19还显示为本发明的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的结构示意图。
元件标号说明
10 硅基片
101 空腔
11 第一电介质层
111 纳米孔
12 第二电介质层
121 微流腔
122 微流道
122a 入口通道
122b 出口通道
123 金属
124 金属层
125 部分金属层
13 电极
131 电极材料层
132 引线
141 光刻胶层
142 图形化的光刻胶层
D1 纳米孔的尺寸
D2 正方形的宽度
D3 长方形的宽度
L 间距
S1～S7 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图19。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可根据实际需要进行改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如背景技术中所述，现有的纳米孔测序芯片存在制备成本较高、体积较大，同时产品的良率也较低的问题。在纳米孔测序芯片中，每个纳米孔都与一个特定的微流腔或微流道对应，用于DNA的转运与测序过程的实现，发明人经研究发现目前，固态纳米孔芯片与微流道芯片分别制备，然后集成在一起形成完整功能的芯片，该集成过程增加了完整功能芯片的制备成本、增大芯片体积，同时由于两块芯片需要对准集成，所以增加了芯片直接的对准误差从而降低产品良率。
发明人基于上述发现，在本实施例中提供了一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
如图1至图3所示，其中，图3是图2的俯视图，首先进行步骤S1，提供固态纳米孔阵列基片，所述固态纳米孔阵列基片包括硅基片10及形成于所述硅基片10上的第一电介质层11，所述第一电介质层11中形成有若干个贯穿所述第一电介质层11的纳米孔111。
这里不限制所述硅基片10的晶面取向，只要在后续的刻蚀步骤中能实现对其进行刻蚀形成空腔101(如图18及图19所示)即可。本实施例中后续选择采用氢氧化钾溶液湿法刻蚀形成所述空腔101，所以从刻蚀速率的角度本实施例中选择所述硅基片10为(110)硅基片。
可以采用现有常规的沉积工艺形成所述固态纳米孔阵列基片中的所述第一电介质层11，例如可以采用化学气相沉积工艺(简称CVD)于所述硅基片10上沉积形成所述第一电介质层11。本实施例选择使用CVD工艺形成所述第一电介质层11。
作为示例，可以采用现有的离子束钻孔或反馈刻蚀制孔等技术形成若干个所述纳米孔111，但也不限制可以采用其他可行的方式形成若干个所述纳米孔111，只要可以形成所需要求的纳米孔即可。另外，若干个所述纳米孔111的排布方式可以根据实际需要进行设置，例如可以是杂乱的阵列，即没有规则排布的行和列，也可以是按规则排布的规则阵列，即具有规则的行和列。基于降低工艺制备的复杂度，本实施例中选择若干个所述纳米孔111呈规则的阵列排布方式，其中相邻两排的所述纳米孔111的间距及相邻两个所述纳米孔111的间距相等。
如图3a至图3d所示，图3a至图3d显示为沿图3中AA方向的剖视图，以显示所述纳米孔111的剖面结构。所述纳米孔111的纵向剖面结构可以为现有纳米孔制备工艺形成的任意形状，如图3a所示为柱状，图3b所示为倒锥状，图3c为台阶状，图3d为双倒锥状。另外，所述纳米孔111的尺寸D1一般介于0.1nm～30nm之间，较佳地为1nm～2nm之间，本实施例中选择为1.5nm左右。
作为示例，所述硅基片10的厚度介于500μm～1000μm之间，例如可以为500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm，所述第一电介质层11的厚度介于10nm～1000nm之间，例如可以为10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、500nm、700nm、800nm、900nm、1000nm。本实施例中选择所述硅基片10的厚度为700μm，所述第一电介质层11的厚度200nm。
作为示例，所述第一电介质层11的材料可以选择现有任意适合的电介质材料，例如可以选择为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2。本实施例中选择所述第一电介质层11为SiN材料。
如图1及图4所示，然后进行步骤S2，于所述第一电介质层11上沉积第二电介质层12。
可以采用现有常规的沉积工艺形成所述第二电介质层12，例如可以采用化学气相沉积工艺(简称CVD)于所述第一电介质层11上沉积形成所述第二电介质层12。本实施例选择使用CVD工艺形成所述第二电介质层12。所述第二电介质层12的厚度介于10nm～100μm之间，例如可以为10nm、50nm、100nm、1000nm、10μm、40μm、60μm、80μm、100μm。本实施例中选择所述第二电介质层12的厚度为500nm。另外，所述第二电介质层12的材料可以选择现有任意适合的电介质材料，例如可以选择为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2，本实施例中选择所述第二电介质层12为SiO2材料。较佳地，可以将所述第一电介质层11与所述第二电介质层12的材料选择为不同的电介质材料，从而基于不同的选择刻蚀比以利于刻蚀工艺的实现。
这里需要说明的是，在沉积形成所述第二电介质层12时，所述第二电介质层12的材料也可能会形成在所述纳米孔111中(图4中未示出)，形成在所述纳米孔111中的电介质材料，将在后续刻蚀所述第二电介质层12形成微流腔及微流道时同时去除。
如图1、图8及图9所示，其中，图9为图8的俯视图，接着进行步骤S3，通过光刻及刻蚀工艺，于所述第二电介质层12中形成若干个贯穿所述第二电介质层12的微流腔121及微流道122，其中，每个所述微流腔121均对应一个所述纳米孔111，且每个所述微流腔121与两个所述微流道122连通(如图9所示)。该步骤直接实现了纳米孔、微流腔及微流道的单片集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积；另外不需要实现两块芯片间的对准集成，提高对准误差从而提高良率。
在芯片的使用过程中，所述微流腔121一般是作为溶液的容纳腔，所述微流道122一般是作为溶液的入口及出口通道，如图9所示，122a可作为入口通道，122b可作为出口通道，溶液通过入口通道122a进入微流腔121，通过出口通道122b流出微流腔121。所述微流道122的布局方式可根据所述纳米孔111的布局方式进行设置，原则上在实现其功能的基础上，尽可能减小对芯片的占用面积，从而利于芯片的小型化，如图9中示出了一个4×4的纳米孔111布局方式，其中微流道122的布局方式以4个纳米孔111为一个单元A进行布局，每个单元A中微流道122的布局方式相同。图9仅为一种示例，实际中微流道122的布局方式可根据实际需要进行设置，在此不作限制。
如图9所示，作为示例，若干个所述微流腔121相同且呈阵列排布，且相邻两排的所述微流腔的间距L及相邻两个所述微流腔的间距L相等。所述间距L一般介于5μm～2000μm之间，本实施例中选择为10μm。
所述微流腔121及所述微流道122的横截面形状可以根据实际需要进行设置，可以是规则的图形也可以是不规则的图形。考虑降低工艺的复杂度，优选将所述微流腔121及微流道122的横截面形状设置为规则形状。例如，如图9所示，本实施例中选择将所述微流腔121的横截面设置为正方形，将所述微流道122的横截面设置为长方形。在尺寸方面，可设置所述正方形的宽度D2介于1μm～1000μm之间，所述长方形的宽度D3介于0.5μm～500μm之间。
如图5至图8所示，作为示例，提供一种形成若干个所述微流腔121及微流道122的具体方法，包括：
3-1)，如图5及图6所示，于所述第二电介质层12表面涂覆光刻胶层141并图形化，形成图形化的光刻胶层142。图像化的光刻胶层142的开孔形状具体根据实际需要通过光刻掩膜板来实现，在此不作限制。
3-2)，如图7所示，基于所述图形化的光刻胶层142采用湿法刻蚀所述第二电介质层12，形成贯穿所述第二电介质层12的若干个所述微流腔121及微流道122。本步骤中采用湿法刻蚀所述第二电介质层12时，还可以同时将形成于所述纳米孔111中的第二电介质材料去除，以释放纳米孔111，避免堵孔风险。当本实施例中选择所述第二电介质层12为SiO2材料时，可选用BHF溶液湿法去除。
3-3)，如图8所示，去除所述图形化的光刻胶层142。
如图1及图11所示，接着进行步骤S4，于若干个所述微流腔121及微流道122中填充满金属123，形成若干个金属层124。通过该步骤形成的若干个所述金属层124为后续形成电极13提供基础。
如图10及图11所示，作为示例，提供一种形成若干个所述金属层124的具体方法，包括：
4-1)，如图10所示，采用金属沉积工艺于所述第二电介质层12上沉积一层所述金属123，并使所述金属123完全填充满若干个所述微流腔121及微流道122；可采用现有常规的金属沉积工艺形成一层所述金属123，例如，磁控溅射法、物理气相沉积镀膜工艺等。这里需要说明的是，如图10所示，在沉积形成所述金属123时，也可能使金属进入纳米孔111，进入纳米孔111中的金属123将会被去除。
4-2)，如图11所示，采用化学机械研磨工艺(简称CMP)去除所述第二电介质层12上的所述金属123，从而形成若干个所述金属层124。
作为示例，所述金属层124的材料可以选择为Al或Cu，其成本低且易于后续在电极存在的情况下采用湿法腐蚀去除。
如图1、图15及图16所示，其中，图16为图15的俯视图，接着进行步骤S5，于所述第二电介质层12上形成若干个电极13，其中若干个所述电极13对应形成于若干个所述金属层124的上方，且每个所述电极13裸露出与其对应的部分所述金属层125(如图16所示)。使每个所述电极13裸露出与其对应的部分金属层125，以便于后续湿法去除所述金属层124。该步骤也巧妙的使若干个所述电极13形成在了若干个所述微流腔121的上方，实现了若干个纳米孔对应电极的规模化并行化制备，且工艺波动小，易于控制。
如图12至图15所示，作为示例，提供一种形成若干个所述电极13的具体方法，包括：
5-1)，如图12及图13所示，于所述第二电介质层12表面涂覆光刻胶层141并图形化，形成图形化的光刻胶层142，所述图形化的光刻胶层142裸露出一部分所述金属层124。
5-2)，如图14所示，采用金属沉积工艺于所述图形化的光刻胶层142上沉积一层电极材料层131。
5-3)，如图15所示，去除所述图形化的光刻胶层142，并采用化学机械研磨工艺磨平所述电极材料层131，形成若干个所述电极13。
作为示例，所述电极13的材料为TiN、Au或Pt，本实施例中选择为TiN。
作为示例，后续若干个所述电极13会通过引线132引出。
如图1及图17所示，接着进行步骤S6，湿法去除所述金属层124，以使所述微流腔121及所述微流道122显露出来，结合图16可知，由于电极13裸露出来部分所述金属层124，所以湿法腐蚀液可将所述微流腔121中的所述金属层124，甚至将微流腔121下方的纳米孔111中的金属材料一并去除。
作为示例，当所述金属层124的材料为Cu时，可采用浓硫酸、王水或稀硝酸湿法去除所述金属层124。较佳地，可选取浓硫酸的浓度介于50％～99％之间，稀硝酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间。本实施例中选择浓硫酸的浓度为70％，稀硝酸的摩尔浓度为6mol/L。
作为示例，当所述金属层124的材料为Al时，可采用氢氧化钠、稀硫酸、稀硝酸、磷酸或盐酸湿法去除所述金属层124。较佳地，可选取氢氧化钠的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，稀硫酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，磷酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，盐酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间。本实施例中选择氢氧化钠的摩尔浓度为6mol/L，稀硫酸的摩尔浓度为6mol/L，磷酸的摩尔浓度为6mol/L，盐酸的摩尔浓度为6mol/L。
如图1、图18及图19所示，最后进行步骤S7，刻蚀所述硅基片10的背面，形成贯穿所述硅基片10的空腔101，且所述空腔101显露若干个所述纳米孔111。该空腔101作为芯片电解液的容纳腔。
作为示例，可以采用干法或湿法刻蚀形成所述空腔101。本实施例选择采用氢氧化钾溶液湿法腐蚀形成所述空腔101。
如图18所示，作为示例，刻蚀所述硅基片10的背面形成一个所述空腔101，且该一个空腔101显露若干个所述纳米孔111；如图19所示，作为另一示例，刻蚀所述硅基片10的背面形成若干个所述空腔101，且每个所述空腔101均对应显露一个所述纳米孔111。
如上所述，本实施例形成带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积；另外不需要实现两块芯片间的对准集成，提高对准误差从而提高良率；再者，该制备方法基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。
实施例二
本实施例提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片，该阵列芯片可采用上述实施例一的制备方法制得，其所能达到的有益效果可请参见实施例一，以下不再赘述。
如图18及图19所示，所述阵列芯片由下至上依次包括：硅基片10、第一电介质层11、第二电介质层12及若干个电极13；
所述硅基片10中形成有贯穿所述硅基片10的空腔101；
所述第一电介质层11中形成有若干个贯穿所述第一电介质层11的纳米孔111；
所述第二电介质层12中形成有若干个贯穿所述第二电介质层12的微流腔121及微流道122，其中，每个所述微流腔121均对应一个所述纳米孔111，且每个所述微流腔121与两个所述微流道122连通；
若干个所述电极13对应设置于若干个所述微流腔121的上面且形成于所述第二电介质层12的表面，每个所述电极13裸露出部分与其对应的所述微流腔121；所述空腔101显露若干个所述纳米孔111。
如图18所示，作为示例，所述硅基片10中形成有一个所述空腔101，且该一个空腔101显露若干个所述纳米孔111；如图19所示，作为另一示例，所述硅基片10中形成有若干个所述空腔101，且每个所述空腔101均对应显露一个所述纳米孔111。
作为示例，所述硅基片10的厚度介于500μm～1000μm之间，所述第一电介质层11的厚度介于10nm～1000nm之间，所述第二电介质层12的厚度介于10nm～100μm之间。
作为示例，所述纳米孔111的尺寸D1介于0.1nm～30nm之间。
如图9所示，作为示例，若干个所述微流腔121相同且呈阵列排布，且相邻两排的所述微流腔121的间距L及相邻两个所述微流腔121的间距L相等。进一步地，所述间距L介于5μm～2000μm之间。
如图9所示，作为示例，所述微流腔121的横截面形状为正方形，所述微流道122的横截面形状为长方形。进一步地，所述正方形的宽度D2介于1μm～1000μm之间，所述长方形的宽度D3介于0.5μm～500μm之间。
作为示例，所述第一电介质层11的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2；所述第二电介质层12的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2。
作为示例，所述电极13的材料为TiN、Au或Pt。
综上所述，本发明提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积；另外不需要实现两块芯片间的对准集成，提高对准误差从而提高良率；再者，该制备方法基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供固态纳米孔阵列基片，所述固态纳米孔阵列基片包括硅基片及形成于所述硅基片上的第一电介质层，所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；
于所述第一电介质层上沉积第二电介质层；
通过光刻及刻蚀工艺，于所述第二电介质层中形成若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；
于若干个所述微流腔及微流道中填充满金属，形成若干个金属层；
于所述第二电介质层上形成若干个电极，其中若干个所述电极对应形成于若干个所述金属层的上方，且每个所述电极裸露出部分与其对应的所述金属层；
湿法去除所述金属层；
刻蚀所述硅基片的背面，形成贯穿所述硅基片的空腔，且所述空腔显露若干个所述纳米孔。
2.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于；刻蚀所述硅基片的背面形成一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或刻蚀所述硅基片的背面形成若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。
3.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：所述硅基片为(110)硅基片；采用化学气相沉积工艺形成所述第一电介质层及所述第二电介质层；采用氢氧化钾溶液湿法刻蚀所述硅基片的背面，形成所述空腔。
4.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：所述金属层的材料为Al或Cu；所述电极的材料为TiN、Au或Pt。
5.根据权利要求4所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：当所述金属层的材料为Cu时，采用浓硫酸、王水或稀硝酸湿法去除所述金属层；当所述金属层的材料为Al时，采用氢氧化钠、稀硫酸、稀硝酸、磷酸或盐酸湿法去除所述金属层。
6.根据权利要求5所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：所述浓硫酸的浓度介于50％～99％之间，所述稀硝酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述氢氧化钠的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述稀硫酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述磷酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述盐酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间。
7.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于，形成若干个所述微流腔及微流道的步骤包括：
于所述第二电介质层表面涂覆光刻胶层并图形化，形成图形化的光刻胶层；
基于所述图形化的光刻胶层采用湿法刻蚀所述第二电介质层，形成贯穿所述第二电介质层的若干个所述微流腔及微流道；
去除所述图形化的光刻胶层。
8.一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于，所述阵列芯片由下至上依次包括：硅基片、第一电介质层、第二电介质层及若干个电极；
所述硅基片中形成有贯穿所述硅基片的空腔；
所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；
所述第二电介质层中形成有若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；
若干个所述电极对应设置于若干个所述微流腔的上面且形成于所述第二电介质层的表面，每个所述电极裸露出部分与其对应的所述微流腔；所述空腔显露若干个所述纳米孔。
9.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述硅基片中形成有一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或所述硅基片中形成有若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。
10.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述硅基片的厚度介于500μm～1000μm之间，所述第一电介质层的厚度介于10nm～1000nm之间，所述第二电介质层的厚度介于10nm～100μm之间。
11.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述纳米孔的尺寸介于0.1nm～30nm之间。
12.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：若干个所述微流腔相同且呈阵列排布，且相邻两排的所述微流腔的间距及相邻两个所述微流腔的间距相等。
13.根据权利要求12所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述间距介于5μm～2000μm之间。
14.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述微流腔的横截面形状为正方形，所述微流道的横截面形状为长方形。
15.根据权利要求14所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述正方形的宽度介于1μm～1000μm之间，所述长方形的宽度介于0.5μm～500μm之间。
16.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述第一电介质层的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2；所述第二电介质层的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2。
17.根据权利要求8所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片，其特征在于：所述电极的材料为TiN、Au或Pt。
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