本公開(kai)涉及(ji)一種在(zai)材料中制(zhi)造納(na)米(mi)孔的(de)方(fang)法(fa)，以及(ji)使用(yong)該方(fang)法(fa)制(zhi)造的(de)具(ju)(ju)有一個或多個納(na)米(mi)孔的(de)膜。本公開(kai)還涉及(ji)一種具(ju)(ju)有一個或多個納(na)米(mi)孔的(de)膜。

背景技術：

1、納米(mi)(mi)孔(kong)是具有納米(mi)(mi)級尺寸的孔(kong)或(huo)腔。納米(mi)(mi)孔(kong)可以(yi)包含在膜等材(cai)料(liao)中(zhong)的窄通道，其一個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)維度在納米(mi)(mi)級范圍內。納米(mi)(mi)孔(kong)可以(yi)在生物系統中(zhong)找到，如細胞(bao)膜脂雙層等。納米(mi)(mi)孔(kong)也可以(yi)人為制造，用(yong)于(yu)許(xu)多(duo)應用(yong)。

2、膜(mo)(mo)是一(yi)種(zhong)選擇性(xing)允許(xu)某些物質(zhi)(zhi)(如(ru)分(fen)子或離(li)(li)子)通過而阻止其(qi)他物質(zhi)(zhi)通過的(de)(de)屏障，基于(yu)膜(mo)(mo)材料(liao)的(de)(de)性(xing)質(zhi)(zhi)和(he)/或引(yin)入的(de)(de)功能元素如(ru)納(na)(na)米(mi)(mi)孔。納(na)(na)米(mi)(mi)孔膜(mo)(mo)是具(ju)有一(yi)個或多個納(na)(na)米(mi)(mi)孔的(de)(de)膜(mo)(mo)。它(ta)們目前用(yong)(yong)(yong)于(yu)許(xu)多應用(yong)(yong)(yong)，包括(kuo)過濾(lv)、生(sheng)物和(he)化學(xue)傳(chuan)感(gan)、尺寸選擇性(xing)離(li)(li)子傳(chuan)輸、水淡化、離(li)(li)子泵、分(fen)子篩、蛋白質(zhi)(zhi)檢測、氣體傳(chuan)感(gan)、納(na)(na)米(mi)(mi)流體、dna測序和(he)生(sheng)物電(dian)子學(xue)。納(na)(na)米(mi)(mi)孔膜(mo)(mo)還用(yong)(yong)(yong)于(yu)離(li)(li)子電(dian)流整流(icr)，即當納(na)(na)米(mi)(mi)孔浸(jin)入電(dian)解質(zhi)(zhi)中時(shi)，它(ta)們本質(zhi)(zhi)上表現(xian)為電(dian)子二極(ji)管(guan)，通過跨膜(mo)(mo)偏置極(ji)性(xing)的(de)(de)不(bu)(bu)同方向更有效地運輸離(li)(li)子。納(na)(na)米(mi)(mi)孔膜(mo)(mo)的(de)(de)工業(ye)用(yong)(yong)(yong)途(tu)也在不(bu)(bu)斷增加。雖(sui)然本規(gui)范將重(zhong)點放在硅(gui)基納(na)(na)米(mi)(mi)孔膜(mo)(mo)的(de)(de)制造(zao)上，但應理解，本發(fa)明不(bu)(bu)限于(yu)具(ju)有這(zhe)種(zhong)成分(fen)的(de)(de)膜(mo)(mo)。

3、目前，使(shi)用不同材(cai)料和(he)方法制造了(le)各種(zhong)人造納米孔(kong)(kong)膜。然(ran)而，硅(gui)基納米孔(kong)(kong)膜(如二氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)、氮化(hua)(hua)硅(gui)和(he)氧(yang)氮化(hua)(hua)硅(gui)基膜)由于其(qi)優越的機械、熱和(he)化(hua)(hua)學(xue)穩定性(xing)、魯棒(bang)性(xing)、可(ke)調表面性(xing)質(zhi)、納米孔(kong)(kong)功能化(hua)(hua)和(he)兼容性(xing)以(yi)及易于集成(cheng)到固態設備中，最(zui)近引起了(le)研究人員的科學(xue)關(guan)注(zhu)。

4、目前，硅基膜中(zhong)的(de)(de)納米孔主要通過兩種方(fang)法制造，即受(shou)控(kong)介電擊(ji)穿和離(li)子/電子束雕(diao)刻。然(ran)而，離(li)子/電子束雕(diao)刻和受(shou)控(kong)介電擊(ji)穿技術不(bu)(bu)可擴展，實驗的(de)(de)重復性也(ye)不(bu)(bu)可接受(shou)。

5、此外，有些研究涉及使(shi)用(yong)氫氟酸(hf)在(zai)一些無(wu)(wu)機薄膜(mo)中(zhong)形成孔。然而，使(shi)用(yong)hf存在(zai)很大(da)問題，因為它是一種高毒性和(he)腐(fu)蝕性的(de)酸，因此存在(zai)顯(xian)著的(de)安全(quan)風(feng)險。此外，使(shi)用(yong)hf作為蝕刻劑無(wu)(wu)法控制(zhi)孔的(de)形狀和(he)大(da)小(即孔的(de)“可調(diao)性”)。

6、因此(ci)(ci)，需要一(yi)(yi)(yi)種在膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)制造納(na)米(mi)(mi)孔(kong)的(de)方(fang)法(fa)，該方(fang)法(fa)具有可接受(shou)的(de)可擴展(zhan)性和重復性。此(ci)(ci)外，還需要一(yi)(yi)(yi)種在膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)制造納(na)米(mi)(mi)孔(kong)的(de)方(fang)法(fa)，減少或避(bi)免使用高毒性蝕刻劑如hf。此(ci)(ci)外，還需要一(yi)(yi)(yi)種在膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)制造納(na)米(mi)(mi)孔(kong)的(de)方(fang)法(fa)，允(yun)許控制納(na)米(mi)(mi)孔(kong)的(de)大小和形狀。進一(yi)(yi)(yi)步(bu)，還需要一(yi)(yi)(yi)種在膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)制造納(na)米(mi)(mi)孔(kong)的(de)方(fang)法(fa)，允(yun)許根據膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)的(de)特定應用調整納(na)米(mi)(mi)孔(kong)。

7、應理解，如(ru)果此(ci)處提及任何現有(you)技術，則(ze)此(ci)類提及不構(gou)成(cheng)承認現有(you)技術構(gou)成(cheng)澳大(da)利亞或任何其(qi)他國家的普通一般知識的一部分。

技術實現思路

1、本發明人進行了關于在(zai)(zai)材(cai)料(liao)(liao)中使用徑跡蝕(shi)刻工(gong)藝生產(chan)納米(mi)孔的(de)研究和開(kai)發。在(zai)(zai)一(yi)個實施(shi)(shi)例中，材(cai)料(liao)(liao)可以包含或包括(kuo)無機材(cai)料(liao)(liao)，特別(bie)是硅基(ji)材(cai)料(liao)(liao)。在(zai)(zai)另一(yi)個實施(shi)(shi)例中，材(cai)料(liao)(liao)可以包含或包括(kuo)有機材(cai)料(liao)(liao)。在(zai)(zai)徑跡蝕(shi)刻工(gong)藝中，膜被輻照以在(zai)(zai)材(cai)料(liao)(liao)中創建長而窄的(de)損(sun)(sun)傷(shang)徑跡。這(zhe)些損(sun)(sun)傷(shang)區域通常比塊狀(未損(sun)(sun)傷(shang))材(cai)料(liao)(liao)對(dui)適當的(de)化學蝕(shi)刻劑(ji)更敏感。這(zhe)種(zhong)在(zai)(zai)損(sun)(sun)傷(shang)徑跡與未損(sun)(sun)傷(shang)材(cai)料(liao)(liao)之間的(de)化學蝕(shi)刻速率差(cha)異導致了納米(mi)孔的(de)形成(cheng)。

2、在第一(yi)個方面，公開了一(yi)種在材料中制(zhi)造納米孔的方法，該方法包括：

3、輻(fu)照材料以在(zai)材料中創建損傷徑跡(ji)，該(gai)損傷徑跡(ji)具有(you)一個(ge)或多個(ge)納(na)米(mi)級范圍的尺寸；以及

4、用蝕刻劑蝕刻損傷徑跡以產(chan)生納米(mi)孔。

5、輻照(zhao)步(bu)驟可以包括(kuo)高能輻照(zhao)。

6、在一個實施例中(zhong)，輻照(zhao)步驟可以包括離(li)(li)子(zi)(zi)輻照(zhao)。離(li)(li)子(zi)(zi)輻照(zhao)可以包括快(kuai)速重(zhong)離(li)(li)子(zi)(zi)輻照(zhao)。離(li)(li)子(zi)(zi)輻照(zhao)導致在材料(liao)中(zhong)沿離(li)(li)子(zi)(zi)軌(gui)跡(ji)形(xing)成損傷(shang)徑(jing)跡(ji)。這些離(li)(li)子(zi)(zi)徑(jing)跡(ji)是相對于(yu)未損傷(shang)材料(liao)可以優先蝕刻的(de)損傷(shang)區域。離(li)(li)子(zi)(zi)徑(jing)跡(ji)可以約為3到15納米直徑(jing)，長度在10到100微米之(zhi)間(jian)。

7、輻照步(bu)驟確定膜(mo)中納(na)米孔(kong)的數(shu)量(liang)(liang)，因為(wei)撞擊膜(mo)的離(li)子數(shu)量(liang)(liang)轉(zhuan)化為(wei)納(na)米孔(kong)的數(shu)量(liang)(liang)。重(zhong)離(li)子可(ke)以(yi)是(shi)比si重(zhong)的離(li)子。重(zhong)離(li)子的能量(liang)(liang)可(ke)以(yi)大于10mev。

8、重離(li)子(zi)可(ke)以包括xe離(li)子(zi)或au離(li)子(zi)。在(zai)一(yi)個(ge)實施例(li)(li)中(zhong)，材料(liao)用(yong)200mev?xe離(li)子(zi)輻照(zhao)。在(zai)另一(yi)個(ge)實施例(li)(li)中(zhong)，材料(liao)用(yong)89mev?au離(li)子(zi)輻照(zhao)。在(zai)另一(yi)個(ge)實施例(li)(li)中(zhong)，材料(liao)用(yong)185mev?au離(li)子(zi)輻照(zhao)。在(zai)另一(yi)個(ge)實施例(li)(li)中(zhong)，材料(liao)用(yong)1.6gev?au離(li)子(zi)輻照(zhao)。

9、在(zai)另一(yi)實施例中，輻照(zhao)步(bu)驟可以包(bao)括激光(guang)輻照(zhao)。激光(guang)輻照(zhao)在(zai)材(cai)料(liao)中形成激光(guang)徑(jing)跡。

10、輻(fu)(fu)照(zhao)(zhao)步(bu)驟確定了材料中形成(cheng)的納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)數量(liang)。在(zai)離(li)子輻(fu)(fu)照(zhao)(zhao)的情(qing)況下，撞擊材料的離(li)子數量(liang)通常轉化(hua)為隨后蝕刻形成(cheng)的納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)數量(liang)。納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)的密(mi)度(du)可(ke)以從單個納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)變化(hua)到每(mei)平方(fang)厘米(mi)(mi)約1010個納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)。

11、材料可以包(bao)括膜(mo)(mo)(mo)。膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)厚(hou)(hou)度(du)將取決于納(na)(na)米(mi)孔膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)預期功能(neng)和應(ying)用。例如(ru)(ru)，較薄的(de)(de)納(na)(na)米(mi)孔膜(mo)(mo)(mo)(<100nm)更(geng)適合于dna和蛋白質(zhi)傳感應(ying)用，而較厚(hou)(hou)的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)更(geng)適合于過濾目的(de)(de)，因為膜(mo)(mo)(mo)需要承受流(liu)體壓力。在一個實施例中，膜(mo)(mo)(mo)厚(hou)(hou)度(du)小于50納(na)(na)米(mi)，如(ru)(ru)小于30納(na)(na)米(mi)。膜(mo)(mo)(mo)厚(hou)(hou)度(du)可以低至1納(na)(na)米(mi)，如(ru)(ru)1.5納(na)(na)米(mi)或更(geng)高。相對較薄的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)相比較厚(hou)(hou)的(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)提供了更(geng)高的(de)(de)信噪比(snr)和更(geng)大(da)的(de)(de)捕獲半(ban)徑，通常被(bei)認為是更(geng)吸引(yin)人的(de)(de)測(ce)序(xu)工作(zuo)的(de)(de)先決條(tiao)件。隨(sui)著(zhu)納(na)(na)米(mi)孔技術(shu)越(yue)來(lai)越(yue)趨(qu)向于測(ce)序(xu)——無論(lun)是基因組(zu)測(ce)序(xu)還(huan)是蛋白質(zhi)組(zu)測(ce)序(xu)——制造薄膜(mo)(mo)(mo)變得(de)更(geng)加(jia)理想，以獲得(de)高分(fen)辨率的(de)(de)測(ce)量結果。

12、膜的(de)(de)厚度(du)可(ke)以達到10微米。膜的(de)(de)厚度(du)可(ke)以至(zhi)少為(wei)10納米。

13、在(zai)一(yi)個(ge)實(shi)施例(li)中，膜的表面(mian)積(ji)可達25平(ping)方毫米(mi)。最小表面(mian)積(ji)可以至(zhi)少為0.0001平(ping)方毫米(mi)。

14、材(cai)料的(de)成(cheng)分可以包括(kuo)一種或多種非(fei)晶(jing)無機材(cai)料。非(fei)晶(jing)固體/材(cai)料是非(fei)晶(jing)體固體，即固體中的(de)原子(zi)/分子(zi)沒(mei)有(you)按(an)任何確定(ding)的(de)模式組織。

15、材料(liao)的(de)成分可以是(shi)基(ji)于(yu)硅的(de)。

16、材料(liao)的成分(fen)可以包(bao)括非晶硅。

17、材料的成分可(ke)以包括一種或多種無機氧化物材料。

18、材料(liao)的成分可以(yi)包括以(yi)下一種或多種：

19、·氧化硅

20、·氮化硅

21、·氧氮化硅

22、·氧化鉿

23、·氧化鉿硅

24、·氧化鋁

25、·氧化鈦

26、·氧化鋯

27、·氧化錫

28、在一個實施例(li)中，膜材料層可以包括金剛(gang)石。

29、本公開的(de)重(zhong)點(dian)是(shi)(shi)形(xing)成硅(gui)(gui)(gui)(gui)基材料中的(de)納米孔(kong)。特別感興(xing)趣的(de)是(shi)(shi)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)、氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)和(he)氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)。二(er)(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)、氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)和(he)氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)是(shi)(shi)已知(zhi)的(de)具有卓(zhuo)越機械性(xing)(xing)能并(bing)在(zai)硅(gui)(gui)(gui)(gui)微(wei)電子(zi)學中使用(yong)的(de)重(zhong)要無機材料。由于(yu)(yu)其諸如優異的(de)機械和(he)化(hua)學抗性(xing)(xing)、高溫耐受性(xing)(xing)、高密(mi)度、可忽略(lve)的(de)漏電流等特性(xing)(xing)，二(er)(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)和(he)氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)膜是(shi)(shi)作為化(hua)學和(he)/或生物傳感器的(de)絕佳候選材料。氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)還廣(guang)泛用(yong)于(yu)(yu)光學傳感器。

30、當膜包括氮(dan)化硅時，可以包括近化學(xue)計量的sixny(x3且y4)。

31、氧(yang)氮化(hua)(hua)硅是(shi)一種無定形材料，其(qi)成分在二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅和氮化(hua)(hua)硅之(zhi)間變化(hua)(hua)。對(dui)于許多光學傳感應用來(lai)說，這是(shi)一種令人興奮的材料，因(yin)為其(qi)許多性(xing)質可以通(tong)(tong)過改變氧(yang)和/或氮的含量來(lai)變化(hua)(hua)。通(tong)(tong)過改變氧(yang)與氮的含量比(bi)，可以輕(qing)松調整薄(bo)膜(mo)的折射率(lv)從1.45到2.1。此屬性(xing)對(dui)于生物光學傳感器非常有用。

32、當材(cai)料(liao)成(cheng)分為氧(yang)化(hua)(hua)硅時，材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)包括熱氧(yang)化(hua)(hua)物(即通過(guo)熱氧(yang)化(hua)(hua)生產的氧(yang)化(hua)(hua)硅)。或者，材(cai)料(liao)可(ke)以(yi)通過(guo)等離子增強(qiang)化(hua)(hua)學氣相沉積(pecvd)形成(cheng)。

33、在(zai)(zai)某些實施例中，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是(shi)單(dan)一材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。在(zai)(zai)其他實施例中，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是(shi)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。復合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是(shi)通過組(zu)合(he)兩種(zhong)(zhong)或多種(zhong)(zhong)具有不(bu)同物(wu)理和/或化學性質的(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)形成的(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。所(suo)得的(de)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)表(biao)現(xian)出不(bu)同于單(dan)獨材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)組(zu)分的(de)物(wu)理和/或化學特性。

34、在某些實施(shi)例中，材料(liao)可(ke)以(yi)是不同材料(liao)的組合。通過(guo)組合不同的材料(liao)，可(ke)以(yi)制造出具有更(geng)好過(guo)濾性能的雙極(ji)納(na)米(mi)孔。此外(wai)，這樣的雙極(ji)納(na)米(mi)孔可(ke)以(yi)用作納(na)米(mi)流體(ti)二極(ji)管(guan)，在溶(rong)液(ye)相中制造邏輯門(men)并模擬生物過(guo)程。

35、在某些實施例中，膜材料(liao)層(ceng)是由單(dan)一材料(liao)成分形(xing)成的單(dan)層(ceng)。

36、在其(qi)他一些(xie)實施例(li)中(zhong)，膜(mo)材(cai)料層(ceng)是(shi)多層(ceng)的(de)。膜(mo)材(cai)料層(ceng)可(ke)以(yi)包(bao)括(kuo)兩層(ceng)或多層(ceng)具有不同成分的(de)子(zi)層(ceng)。層(ceng)可(ke)以(yi)包(bao)括(kuo)硅、氧(yang)(yang)化(hua)硅和/或氧(yang)(yang)氮化(hua)硅。在某些(xie)實施例(li)中(zhong)，膜(mo)材(cai)料層(ceng)是(shi)由一種或多種無定(ding)形無機(ji)材(cai)料和納米(mi)粒子(zi)組合而成的(de)。所得的(de)膜(mo)在光(guang)學和光(guang)電(dian)子(zi)設備中(zhong)有許多應用(yong)，可(ke)以(yi)用(yong)于(yu)操縱(zong)光(guang)與物質的(de)相互作(zuo)用(yong)。

37、在某(mou)些(xie)實施例中，膜(mo)材料(liao)層(ceng)是由一種或多種基于硅(gui)的無機材料(liao)和納米粒子組合而(er)成(cheng)的。

38、在某些(xie)實(shi)施例中，膜(mo)材料層是由一種(zhong)(zhong)或多(duo)種(zhong)(zhong)無機氧化物材料和納(na)米粒子(zi)組合而成的(de)。

39、納米粒子可以是(shi)無機納米粒子。

40、納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)可以是(shi)金(jin)屬納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)。在(zai)一個(ge)實施例中，納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)是(shi)金(jin)納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)。在(zai)另一個(ge)實施例中，納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)是(shi)銀納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)。在(zai)另一個(ge)實施例中，納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)是(shi)銅納(na)米(mi)(mi)(mi)粒子(zi)。

41、納米(mi)粒(li)子可以是球形(xing)和(he)/或延長形(xing)狀的。

42、在某些實施例中(zhong)，膜材料層包含(han)一(yi)種(zhong)(zhong)類型的(de)(de)金(jin)屬(shu)納米粒子。在其他實施例中(zhong)，膜材料層包含(han)兩種(zhong)(zhong)或更多類型的(de)(de)金(jin)屬(shu)納米粒子。

43、在(zai)某些實施例(li)中(zhong)(zhong)，納米粒(li)子分散(san)在(zai)膜材料層(ceng)中(zhong)(zhong)。在(zai)其他實施例(li)中(zhong)(zhong)，納米粒(li)子被提供(例(li)如嵌(qian)入)在(zai)上述任意一種材料的(de)兩(liang)層(ceng)之間。

44、在某(mou)些實(shi)施例中(zhong)(zhong)，膜材(cai)(cai)料(liao)層包(bao)含無(wu)機氧化(hua)物和(he)金(jin)納(na)(na)米(mi)粒(li)子。在另一個實(shi)施例中(zhong)(zhong)，膜材(cai)(cai)料(liao)層包(bao)含氧化(hua)硅和(he)金(jin)納(na)(na)米(mi)粒(li)子。在另一個實(shi)施例中(zhong)(zhong)，膜材(cai)(cai)料(liao)層包(bao)含氮化(hua)硅和(he)金(jin)納(na)(na)米(mi)粒(li)子。

45、在另(ling)一個(ge)實施例中，膜材料層包含(han)氧氮化硅(gui)和金納(na)米粒(li)子。

46、在(zai)(zai)一個(ge)實(shi)施(shi)例中，膜(mo)材(cai)(cai)料(liao)層(ceng)(ceng)(ceng)包(bao)含在(zai)(zai)一層(ceng)(ceng)(ceng)或(huo)(huo)多層(ceng)(ceng)(ceng)無機氧(yang)化(hua)物(wu)之(zhi)間(jian)的摻(chan)雜層(ceng)(ceng)(ceng)。膜(mo)材(cai)(cai)料(liao)層(ceng)(ceng)(ceng)可以包(bao)含在(zai)(zai)一層(ceng)(ceng)(ceng)或(huo)(huo)多層(ceng)(ceng)(ceng)無機氧(yang)化(hua)物(wu)之(zhi)間(jian)的摻(chan)雜硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)層(ceng)(ceng)(ceng)。無機氧(yang)化(hua)物(wu)可以包(bao)括氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)和/或(huo)(huo)氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)。在(zai)(zai)某些實(shi)施(shi)例中，在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)和/或(huo)(huo)氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)層(ceng)(ceng)(ceng)之(zhi)間(jian)沉積(ji)摻(chan)雜硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)層(ceng)(ceng)(ceng)使(shi)用濺(jian)射沉積(ji)方法。在(zai)(zai)其他實(shi)施(shi)例中，在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)和/或(huo)(huo)氧(yang)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)層(ceng)(ceng)(ceng)之(zhi)間(jian)沉積(ji)未摻(chan)雜硅(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)(gui)或(huo)(huo)其他半導體材(cai)(cai)料(liao)，并使(shi)用離(li)子植(zhi)入器或(huo)(huo)其他方法進行摻(chan)雜至所需水平(ping)。

47、在(zai)(zai)一(yi)(yi)個(ge)(ge)實(shi)施(shi)例中，膜是多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)膜。層(ceng)(ceng)(ceng)可以包(bao)括(kuo)硅(gui)、氧(yang)化硅(gui)和/或氧(yang)氮(dan)(dan)化硅(gui)。在(zai)(zai)一(yi)(yi)個(ge)(ge)實(shi)施(shi)例中，層(ceng)(ceng)(ceng)包(bao)括(kuo)在(zai)(zai)一(yi)(yi)層(ceng)(ceng)(ceng)或多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)其(qi)他(ta)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)之間的(de)摻(chan)雜材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)層(ceng)(ceng)(ceng)。摻(chan)雜材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)層(ceng)(ceng)(ceng)可以包(bao)含摻(chan)雜半導體材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)層(ceng)(ceng)(ceng)。在(zai)(zai)一(yi)(yi)個(ge)(ge)實(shi)施(shi)例中，摻(chan)雜材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)包(bao)含在(zai)(zai)一(yi)(yi)層(ceng)(ceng)(ceng)或多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)其(qi)他(ta)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)之間的(de)摻(chan)雜硅(gui)層(ceng)(ceng)(ceng)。這(zhe)些其(qi)他(ta)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可以包(bao)括(kuo)氧(yang)化硅(gui)和/或氧(yang)氮(dan)(dan)化硅(gui)。通過(guo)這(zhe)種多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構形成的(de)納米孔可以作(zuo)為“柵極(ji)納米孔”制造的(de)基礎。

48、通(tong)過這種多層(ceng)結構(gou)形成納(na)(na)米孔(kong)后，可以(yi)(yi)在(zai)納(na)(na)米孔(kong)內的暴(bao)露硅(gui)(gui)上形成氧化硅(gui)(gui)層(ceng)。可以(yi)(yi)使用(yong)快速熱退(tui)火在(zai)孔(kong)內暴(bao)露的硅(gui)(gui)上生長熱氧化層(ceng)。或(huo)者，可以(yi)(yi)使用(yong)原子層(ceng)沉(chen)積等(deng)沉(chen)積技術(shu)在(zai)孔(kong)表面沉(chen)積薄氧化硅(gui)(gui)層(ceng)，以(yi)(yi)避(bi)免柵(zha)極電流通(tong)過。

49、柵極(ji)納(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)膜可以用(yong)來模(mo)擬細胞內的(de)生物通(tong)道。通(tong)過控制(zhi)和柵極(ji)膜中陰(yin)離(li)子(zi)(zi)(zi)或陽離(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)流(liu)動，這些(xie)(xie)膜可以用(yong)于傳感、治(zhi)療、神經(jing)形態計(ji)算、分離(li)和單(dan)分子(zi)(zi)(zi)檢測等應用(yong)。此外，通(tong)過柵極(ji)納(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)可以實(shi)現陽離(li)子(zi)(zi)(zi)選擇性，這些(xie)(xie)柵極(ji)納(na)(na)米孔(kong)(kong)(kong)結構可以潛在(zai)用(yong)于設(she)計(ji)人工神經(jing)元(yuan)。

50、如上所(suo)述，當前的(de)方法包括使(shi)用蝕刻劑蝕刻損(sun)傷徑跡以生成(cheng)納米孔(kong)的(de)步驟。

51、在一個實施例(li)中，蝕(shi)刻劑(ji)包括或包含水溶性(xing)氫(qing)氧化(hua)物。在一個實施例(li)中，蝕(shi)刻劑(ji)是(shi)堿性(xing)氫(qing)氧化(hua)物。

52、蝕刻劑可(ke)以(yi)包(bao)括以(yi)下一種或多種：

53、·氫氧化鉀

54、·氫氧化鈉

55、·氫氧化鋇

56、·氫氧化鋰

57、·氫氧化鈣

58、·氫氧化銨

59、·氫氧化銫

60、在一個(ge)實(shi)施(shi)例中，蝕刻劑包括一種或(huo)多種氫(qing)氧化鉀或(huo)氫(qing)氧化鈉。

61、或者(zhe)，蝕刻(ke)劑可以(yi)從肼和二氟化氙(xian)中(zhong)選擇。然而，這種蝕刻(ke)劑比氫氧化物蝕刻(ke)劑更具腐蝕性(xing)，因此(ci)可能(neng)帶(dai)來安(an)全和環境風險。

62、蝕刻劑的濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)0.1m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)0.2m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)0.5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)0.7m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)1m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)1.5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)2m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)2.5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)3m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)3.5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)4m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)4.5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)5.5m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)6m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)7m。在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)實(shi)(shi)(shi)(shi)施(shi)(shi)(shi)(shi)例(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，濃(nong)(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少為(wei)8m。

63、在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)15m。在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)12m。在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)10m。在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)9m。在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)8m。在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)7m。在一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)(shi)(shi)例(li)中(zhong)，濃(nong)度(du)(du)可以(yi)(yi)最(zui)高(gao)為(wei)(wei)6m。

64、蝕刻劑可以(yi)(yi)(yi)進一(yi)(yi)步(bu)包括氫氟酸(suan)(hf)。可以(yi)(yi)(yi)將hf與上述一(yi)(yi)種或多種蝕刻劑同時或順序使用。hf可以(yi)(yi)(yi)是濕(shi)的(de)或蒸汽形式的(de)。如果(guo)使用，hf的(de)最小濃(nong)度(du)可以(yi)(yi)(yi)為1體(ti)積百分比(bi)，如至少(shao)1.5％。在一(yi)(yi)個實施(shi)例中(zhong)，hf的(de)濃(nong)度(du)可以(yi)(yi)(yi)至少(shao)為2％，如至少(shao)2.5％。hf的(de)最大(da)濃(nong)度(du)可以(yi)(yi)(yi)為5％。

65、蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)步驟可(ke)以(yi)(yi)(yi)在升高(gao)的(de)溫(wen)度(du)下進行。所謂“升高(gao)的(de)溫(wen)度(du)”是指高(gao)于(yu)環境溫(wen)度(du)的(de)溫(wen)度(du)。蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)30℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)40℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)50℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)60℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)70℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)80℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)至(zhi)(zhi)少(shao)(shao)為(wei)(wei)90℃。在一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實(shi)施(shi)例(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)最(zui)高(gao)達到蝕(shi)(shi)(shi)刻(ke)(ke)溶液(ye)的(de)沸點，如100℃。

66、蝕(shi)刻溫度(du)可(ke)以根據蝕(shi)刻劑濃度(du)和所(suo)需納米(mi)孔的尺(chi)寸和形(xing)狀進行調(diao)整，如下所(suo)述。

67、第(di)二方(fang)面公(gong)開(kai)了一(yi)種通(tong)過(guo)控制蝕刻步驟期(qi)間的(de)(de)溫度、蝕刻劑成(cheng)分、蝕刻劑濃度、材(cai)料(liao)成(cheng)分、密度和(he)形態等參(can)數(shu)來調諧通(tong)過(guo)上述方(fang)法形成(cheng)的(de)(de)納米(mi)孔(kong)(kong)幾(ji)何(he)形狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)工藝。在本公(gong)開(kai)中，“納米(mi)孔(kong)(kong)幾(ji)何(he)形狀(zhuang)(zhuang)”指(zhi)納米(mi)孔(kong)(kong)的(de)(de)整體(ti)形狀(zhuang)(zhuang)和(he)尺寸(cun)。幾(ji)何(he)形狀(zhuang)(zhuang)包括錐角(jiao)、半徑(jing)和(he)對稱(cheng)性(xing)等參(can)數(shu)。對稱(cheng)性(xing)包括納米(mi)孔(kong)(kong)是否(fou)是錐體(ti)和(he)圓柱體(ti)的(de)(de)組(zu)(zu)合，或是具有不同錐角(jiao)的(de)(de)兩個錐體(ti)的(de)(de)組(zu)(zu)合。

68、在(zai)(zai)本公(gong)開中，“錐(zhui)(zhui)角(jiao)”或(huo)“錐(zhui)(zhui)形開口(kou)角(jiao)”是(shi)指沿(yan)納(na)米孔頂點和基底(di)中心的(de)(de)(de)截面所形成的(de)(de)(de)側壁角(jiao)。“半錐(zhui)(zhui)角(jiao)”是(shi)錐(zhui)(zhui)角(jiao)的(de)(de)(de)一半，即錐(zhui)(zhui)體軸線與(yu)(yu)納(na)米孔側壁之(zhi)間的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)。與(yu)(yu)類似的(de)(de)(de)圓柱孔膜相比，錐(zhui)(zhui)形納(na)米孔能增(zeng)強膜的(de)(de)(de)運輸速率(lv)，并在(zai)(zai)生物和化學(xue)傳感應用(yong)中具有更高的(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)。此(ci)外，通過(guo)(guo)適當(dang)的(de)(de)(de)尺寸，錐(zhui)(zhui)形和沙漏形(雙(shuang)錐(zhui)(zhui)形)納(na)米孔可以表現(xian)出納(na)米過(guo)(guo)濾和離(li)子(zi)電(dian)流整(zheng)流特性。這些納(na)米孔允(yun)許通過(guo)(guo)孔的(de)(de)(de)選擇性電(dian)荷離(li)子(zi)傳輸。它們還(huan)可以根據溶液(ye)從孔的(de)(de)(de)尖端(duan)還(huan)是(shi)基部進入而拒絕不同的(de)(de)(de)離(li)子(zi)。

69、在本公(gong)(gong)開(kai)中，“半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)”指(zhi)納(na)米孔(kong)的(de)最(zui)大(da)半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)。如(ru)果納(na)米孔(kong)具(ju)有(you)錐(zhui)形(或(huo)(huo)截(jie)錐(zhui)形)形狀，則半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)指(zhi)錐(zhui)體(ti)的(de)基底半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)。如(ru)果納(na)米孔(kong)具(ju)有(you)錐(zhui)形或(huo)(huo)截(jie)錐(zhui)形形狀，則有(you)兩個半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)，即(ji)最(zui)大(da)(或(huo)(huo)基底)半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)和最(zui)小(或(huo)(huo)尖端)半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)。然而，除非另有(you)說明(ming)，本公(gong)(gong)開(kai)中的(de)“半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)”指(zhi)錐(zhui)形或(huo)(huo)截(jie)錐(zhui)形納(na)米孔(kong)的(de)最(zui)大(da)(或(huo)(huo)基底)半(ban)(ban)(ban)徑(jing)(jing)(jing)(jing)。

70、此外，納米(mi)孔(kong)(kong)(kong)的尺(chi)寸以及(ji)錐(zhui)角(jiao)影響納米(mi)孔(kong)(kong)(kong)的傳感性能。隨(sui)著錐(zhui)角(jiao)的增(zeng)大，有效孔(kong)(kong)(kong)長度減小(提供更高的通量)，捕獲(huo)半徑(在其下(xia)可(ke)(ke)以檢(jian)測到生物分(fen)(fen)子(zi)的半徑)增(zeng)大，使(shi)這(zhe)些納米(mi)孔(kong)(kong)(kong)非常適合于分(fen)(fen)子(zi)傳感、蛋白質檢(jian)測和(he)dna測序。通過(guo)(guo)數值(zhi)模擬(ni)表明(ming)，通過(guo)(guo)改(gai)(gai)變錐(zhui)角(jiao)和(he)納米(mi)孔(kong)(kong)(kong)高度，可(ke)(ke)以改(gai)(gai)變諸(zhu)如離子(zi)電流整(zheng)流特性、阻抗脈(mo)沖傳感等性能。因此，通過(guo)(guo)調整(zheng)納米(mi)孔(kong)(kong)(kong)錐(zhui)角(jiao)，可(ke)(ke)以制造適用于特定(ding)應(ying)用要求的納米(mi)孔(kong)(kong)(kong)。

71、在本公開中，“調諧(xie)”是(shi)指(zhi)能(neng)夠改變納米孔(kong)的(de)一(yi)個或多個參數。換句話說，調諧(xie)可以理解為根據特定(ding)應用調整納米孔(kong)的(de)形狀和/或結構(gou)和/或尺寸。

72、在一個(ge)實施例(li)中，調(diao)諧(xie)納(na)(na)米(mi)孔幾何形(xing)狀的(de)步驟包括(kuo)調(diao)整納(na)(na)米(mi)孔的(de)一個(ge)或多(duo)個(ge)錐(zhui)角、半徑和(he)對(dui)稱性。

73、對于給定的材料(liao)成分、蝕刻(ke)劑成分、蝕刻(ke)劑濃度(du)和蝕刻(ke)時(shi)間，隨著蝕刻(ke)溫度(du)的升高：

74、·納(na)米孔的(de)錐角減小；和/或

75、·納米孔的(de)半(ban)徑增大。

76、對于給定的材料成(cheng)(cheng)分、蝕(shi)刻(ke)劑成(cheng)(cheng)分、溫度和蝕(shi)刻(ke)時間，隨(sui)著(zhu)蝕(shi)刻(ke)劑濃度的增加(jia)：

77、·納(na)米孔的(de)錐角(jiao)增加；和(he)/或(huo)

78、·納米孔的半徑(jing)增大。

79、材料成分也可以(yi)(yi)變化(hua)(hua)(hua)。例如，可以(yi)(yi)通過改(gai)變pecvd生長的氧化(hua)(hua)(hua)硅膜的化(hua)(hua)(hua)學計量和密度來調諧納米(mi)孔(kong)尺寸。此外，當膜包(bao)括(kuo)氧氮化(hua)(hua)(hua)硅時(shi)，通過改(gai)變氧與(yu)氮的含量比，可以(yi)(yi)調諧薄(bo)膜的折射率從1.45到(dao)2.1，這也影(ying)響形(xing)成的納米(mi)孔(kong)的幾何形(xing)狀。

80、上述關系可以用于調諧納米(mi)孔的(de)幾何形狀。例如，當需(xu)要較(jiao)低的(de)納米(mi)孔錐(zhui)角(jiao)時，可以在(zai)相對(dui)較(jiao)高的(de)蝕刻(ke)(ke)溫度和/或(huo)相對(dui)較(jiao)低的(de)蝕刻(ke)(ke)劑濃度下(xia)進行蝕刻(ke)(ke)步驟(zou)。在(zai)另一個例子中，當需(xu)要較(jiao)大(da)的(de)納米(mi)孔半徑時，可以在(zai)相對(dui)較(jiao)高的(de)蝕刻(ke)(ke)溫度和/或(huo)相對(dui)較(jiao)高的(de)蝕刻(ke)(ke)劑濃度下(xia)進行蝕刻(ke)(ke)步驟(zou)。

81、納米(mi)孔的錐(zhui)角可以(yi)從(cong)大(da)約(yue)(yue)3度(du)調(diao)(diao)諧到110度(du)。在一個實施例中，納米(mi)孔的錐(zhui)角可以(yi)從(cong)大(da)約(yue)(yue)10度(du)調(diao)(diao)諧到110度(du)。因此(ci)，半錐(zhui)角可以(yi)從(cong)大(da)約(yue)(yue)1.5度(du)調(diao)(diao)諧到55度(du)，例如從(cong)5度(du)到55度(du)。在一個實施例中，半錐(zhui)角可以(yi)從(cong)大(da)約(yue)(yue)25度(du)調(diao)(diao)諧到大(da)約(yue)(yue)55度(du)。

82、納米(mi)(mi)孔的半(ban)(ban)徑(jing)和深度也可(ke)以(yi)根據應用的需要(yao)進(jin)行調諧。納米(mi)(mi)孔的半(ban)(ban)徑(jing)和深度都(dou)可(ke)以(yi)從大(da)約20納米(mi)(mi)變化到(dao)幾(ji)微米(mi)(mi)。在某(mou)些實施(shi)例中，納米(mi)(mi)孔的深度可(ke)達10微米(mi)(mi)。

83、通(tong)過使(shi)(shi)用蝕(shi)(shi)刻劑(ji)的(de)(de)組(zu)合，可以(yi)調諧納(na)米(mi)孔(kong)的(de)(de)整體幾何(he)形狀。例如，通(tong)過使(shi)(shi)用濕(shi)法(fa)(fa)hf和蒸(zheng)汽hf的(de)(de)組(zu)合，可以(yi)生產出整體漏斗形的(de)(de)納(na)米(mi)孔(kong)。使(shi)(shi)用濕(shi)法(fa)(fa)hf蝕(shi)(shi)刻制(zhi)造(zao)(zao)漏斗形納(na)米(mi)孔(kong)的(de)(de)錐(zhui)形部(bu)分(fen)，使(shi)(shi)用蒸(zheng)汽hf蝕(shi)(shi)刻制(zhi)造(zao)(zao)納(na)米(mi)孔(kong)的(de)(de)圓(yuan)柱形部(bu)分(fen)。需要(yao)注意的(de)(de)是，納(na)米(mi)孔(kong)的(de)(de)錐(zhui)形部(bu)分(fen)也可以(yi)使(shi)(shi)用堿性氫氧化物(wu)蝕(shi)(shi)刻劑(ji)制(zhi)造(zao)(zao)，而圓(yuan)柱形部(bu)分(fen)可以(yi)使(shi)(shi)用蒸(zheng)汽hf制(zhi)造(zao)(zao)。

84、以下討論了一些具有(you)不同幾何形狀的(de)納(na)米孔的(de)應用示例。

85、單錐形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)例如(ru)用于電驅動的(de)(de)鹽通量(liang)整(zheng)流(liu)，在(zai)納(na)(na)米(mi)(mi)過(guo)濾(lv)、能量(liang)生(sheng)成、離子(zi)泵等領域具有(you)應(ying)用。由于固有(you)的(de)(de)整(zheng)流(liu)特(te)性，錐形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)相(xiang)對于圓(yuan)柱(zhu)(zhu)形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)具有(you)許多優(you)勢。例如(ru)，在(zai)圓(yuan)柱(zhu)(zhu)形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)中(zhong)，受限擴(kuo)散發(fa)生(sheng)在(zai)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)整(zheng)個長度，而在(zai)錐形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)中(zhong)，受限擴(kuo)散僅發(fa)生(sheng)在(zai)孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)尖端(duan)。因此(ci)，錐形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)膜(mo)相(xiang)比圓(yuan)柱(zhu)(zhu)形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)膜(mo)表現出更(geng)(geng)高的(de)(de)通量(liang)/流(liu)量(liang)，并且(qie)更(geng)(geng)快、更(geng)(geng)好地分(fen)離蛋(dan)白質、生(sheng)物分(fen)子(zi)等。這些錐形(xing)(xing)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)優(you)勢特(te)性受錐角(jiao)尺寸的(de)(de)影(ying)響，隨(sui)著錐角(jiao)的(de)(de)增加效果增強。因此(ci)，通過(guo)調整(zheng)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)錐角(jiao)并制造具有(you)大錐角(jiao)的(de)(de)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)，可以制造出在(zai)上述所(suo)有(you)應(ying)用中(zhong)具有(you)巨大潛力的(de)(de)納(na)(na)米(mi)(mi)孔(kong)(kong)(kong)。

86、對稱的(de)雙錐(zhui)形納米(mi)孔(kong)特別適合于過(guo)濾應用。與相同長度的(de)單錐(zhui)形納米(mi)孔(kong)相比(bi)，操作分離所需(xu)的(de)驅動(dong)力較低。此外(wai)，通過(guo)功能(neng)化納米(mi)孔(kong)的(de)一(yi)部分或(huo)通過(guo)制造(zao)由(you)兩(liang)種不同氧(yang)化物制成的(de)納米(mi)孔(kong)，雙錐(zhui)形納米(mi)孔(kong)還可以用作邏輯門、納米(mi)流體二(er)極(ji)管(guan)。

87、漏斗(dou)形(xing)納米(mi)(mi)(mi)孔(kong)是仿生(sheng)(sheng)的(de)(de)(例如類似的(de)(de)納米(mi)(mi)(mi)孔(kong)形(xing)狀在人體中用(yong)于(yu)氯化物傳輸(shu))，具(ju)有(you)高整流比，從而(er)實現更高的(de)(de)不對(dui)稱離子傳輸(shu)。這些納米(mi)(mi)(mi)孔(kong)還具(ju)有(you)增(zeng)強的(de)(de)光傳輸(shu)效率。漏斗(dou)形(xing)納米(mi)(mi)(mi)孔(kong)特別(bie)適用(yong)于(yu)材料、電子和(he)生(sheng)(sheng)命科學領域的(de)(de)應用(yong)。

88、不(bu)(bu)(bu)對稱雙錐形納米孔特別適(shi)用于不(bu)(bu)(bu)對稱離子(zi)傳輸。由于其不(bu)(bu)(bu)同(tong)的錐角和/或形狀(zhuang)，即使沒有任何外部驅(qu)(qu)動力(li)，這(zhe)些納米孔也可以用于不(bu)(bu)(bu)對稱離子(zi)傳輸。即使有電力(li)等驅(qu)(qu)動力(li)，這(zhe)些納米孔也將允許一(yi)種離子(zi)從(cong)溶(rong)液的一(yi)側(ce)流(liu)出，而另一(yi)種離子(zi)從(cong)溶(rong)液的另一(yi)側(ce)流(liu)出。

89、除了(le)上述示例應用(yong)(yong)之外，所有上述納(na)米(mi)孔還(huan)可以用(yong)(yong)作模板來合成不同形狀的(de)納(na)米(mi)線。

90、因此，本發明公開的方法使得納米孔膜的制造可能具有以下(xia)優勢：

91、·避免或(huo)至少減少使用有毒和危(wei)險的蝕(shi)刻(ke)劑如(ru)hf。此外，僅(jin)使用hf作(zuo)為(wei)蝕(shi)刻(ke)劑大大限制了納(na)米(mi)孔的幾何形(xing)狀。例(li)如(ru)，無法使用僅(jin)hf作(zuo)為(wei)蝕(shi)刻(ke)劑制造錐(zhui)(zhui)形(xing)(或(huo)截(jie)錐(zhui)(zhui)形(xing))或(huo)漏斗(dou)形(xing)孔并改變錐(zhui)(zhui)形(xing)/漏斗(dou)形(xing)納(na)米(mi)孔的開口角(jiao)(也稱為(wei)錐(zhui)(zhui)角(jiao))。

92、·使用毒(du)性較低的(de)蝕刻(ke)劑，其成分和/或濃度可以變化以調諧納米孔的(de)幾何形(xing)狀。

93、·通過改變材料成分、蝕刻(ke)溫度、蝕刻(ke)劑(ji)成分和濃度，可以高度調諧納米孔。

94、·高可擴(kuo)展性。離子輻(fu)照工(gong)藝高度可擴(kuo)展。可以(yi)輕松改(gai)變輻(fu)照區域(yu)從(cong)幾(ji)微米(mi)到(dao)幾(ji)米(mi)。此外，納(na)(na)米(mi)孔的數量(liang)可以(yi)從(cong)單個納(na)(na)米(mi)孔變化到(dao)每(mei)平方厘米(mi)1010個納(na)(na)米(mi)孔。蝕刻工(gong)藝也高度可擴(kuo)展。成千上萬的膜可以(yi)一次蝕刻。

95、·該工(gong)藝與(yu)互補金屬氧化物半導體(cmos)生(sheng)產工(gong)藝兼容。因(yin)此(ci)，這(zhe)是一(yi)個工(gong)業上可(ke)(ke)行的(de)工(gong)藝，可(ke)(ke)以集成到不同的(de)設(she)備中。

96、·該工藝高(gao)度可靠，具有高(gao)重復率。

97、·許多(duo)潛在(zai)應用可能包括化(hua)學和生物(wu)傳感(gan)、尺寸和電荷(he)選擇性離(li)子(zi)傳輸、水淡(dan)化(hua)、離(li)子(zi)泵、dna測(ce)序、分(fen)子(zi)篩、水過濾、蛋白質分(fen)離(li)和檢(jian)測(ce)以及健(jian)康監測(ce)。