基于MEMS技术的纳米孔研究及其应用

发布时间：2020-12-12 03:31

　　基于纳米孔的单分子检测技术在未来精准医疗、生物制药、遗传工程等领域有广泛的应用。固态纳米孔作为其中的核心组成部分,是目前世界上的研究热点。固态纳米孔由于其鲁棒性、化学稳定性以及易于修饰和操控而受到广泛的关注。然而,固态纳米孔的阵列制造在均匀性、纳米孔尺寸、形貌、效率低等方面仍然面临一些挑战。本论文对基于硅工艺的纳米孔的制作工艺进行研究,依据硅湿法条件下的各向异性刻蚀原理,采用直接刻蚀、SOI衬底、磁控溅射收缩等方法,实现了纳米孔的制作。本文研究内容如下:一,对硅的各项异性刻蚀理论进行总结分析,阐述了硅纳米孔的制作原理。二,工艺湿法刻蚀理论。通过大量实验研究了KOH各项异性湿法刻蚀时刻蚀剂温度、浓度对刻蚀速率及表面平整性的影响,对普通硅基纳米孔阵列均匀性以及误差做出分析。三:提出基于SOI的三步纯湿法制备硅基纳米孔方法,采用实验室自制的单面刻蚀装置,利用颜色反馈式方法实现纳米孔制备过程的监控,制备出直径为43nm的均匀纳米孔阵列及最小特征尺寸为58nm的单纳米孔。四,为了进一步缩小纳米孔的尺寸,采用磁控溅射收缩技术,将锥形硅基纳米孔阵列和单纳米孔收缩至26nm,直至完全闭合。 

【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

利用透射电子显微镜在二氧化硅薄膜上制备纳米孔

图 1-3 利用透射电子显微镜在二氧化硅薄膜上制备纳米孔1.2.1.2 离子束刻蚀制备纳米孔电子束刻蚀需要大面积曝光，如果大面积曝光时间过久，纳米孔周围的区域就会被破坏，无法制备相貌完好的纳米孔；而离子束刻蚀制备技术则可以很好的克服这一缺点，它在刻蚀的时候根本无需大面积曝光，工艺重复操作性强，不会形成大面积的破坏区域，更重要的是，对于不同厚度薄膜的基底材料，离子束刻蚀的方法都可以精确定点制备纳米孔。JiaLi 和 Stein 等人[25]首先在基底上制备 300nm 厚的氮化硅薄膜，然后再氮化硅薄膜上通过聚焦离子束（FIB）刻蚀薄膜材料，最后制备出尺寸为 60nm 的纳米孔，随后在这套刻蚀装置中，装入带反馈的离子束检测系统，这个系统可以实时离子束的变化，最后将纳米孔尺寸缩小为 1.8nm，如图 1-4 所示。

贵州大学硕士学位论文昂贵花费太大。因此除了这两种常用方法外湿法刻蚀制备纳米孔的方法就出现了。比如刻蚀剂刻蚀硅，制备了倒金字塔形腔纳米孔k[27]等人利用各向异性刻蚀的方法在硅片上制涤纶薄膜上(PET)成功制备出 2nm 刻蚀出锥完美的，它最大的缺点和难点在于精确的控测法就很好的解决了这一难题。美国布朗大检测来精确监控刻蚀过程，有效地实现了刻硅片正面预刻蚀出倒金字塔形腔后，将样片置进行 KOH 湿法刻蚀，当纳米孔开孔的瞬间，此时立即停止刻蚀。

【参考文献】：
期刊论文
[1]单晶硅各向异性湿法刻蚀的研究进展[J]. 唐彬,袁明权,彭勃,佐藤一雄,陈颖慧.  微纳电子技术. 2013(05)

博士论文
[1]基于固态纳米孔基因测序的关键技术研究[D]. 马建.东南大学 2016
[2]硅基纳米孔阵列制造技术基础研究[D]. 邓涛.清华大学 2015

硕士论文
[1]MEMS中单晶硅的湿法异向腐蚀特性的研究[D]. 王涓.东南大学 2005
[2]MEMS湿法腐蚀工艺的研究[D]. 郝子宇.河北工业大学 2005



本文编号：2911776