本發明涉及微納米結構制備領域，特別是涉及一種固態納米孔陣列與固態納米孔陣列器件的制備方法及應用。

背景技術：

1、固態納米孔陣列在納米技術和納米科學領域具有廣泛的應用，特別是在納米電子學、納米生物學、納米傳感器等領域。例如，它們可以用作單分子生物傳感器的組件，通過控制孔道尺寸和化學性質，可以實現對生物分子(如dna、蛋白質等)的高靈敏度檢測。此外，固態納米孔陣列還可用于納米流體力學研究、納米濾膜、納米電子器件等領域。

2、2001年，哈佛大學研究人員在sinx薄膜上采用聚焦離子束(fib)加工出第一個固態納米孔。2003年，storm采用透射電子顯微鏡(tem)的電子束在30nm厚的氧化硅薄膜上制備出孔徑約為20nm的納米孔。但是在固態納米孔的加工過程中fib和tem兩種方式都面臨著價格昂貴，加工效率低的問題。而電子束曝光(ebl)作為當下固態納米孔加工的主要方法，雖然可以實現一定規模的小陣列納米孔，依托于半導體基本工藝這使得其可重復性也很高，但仍存在成本高和效率低的問題。

3、為了解決成本問題，研究人員又考慮采用電化學方法，如介電擊穿(cbd)方法或者電化學刻蝕方法制備納米孔陣列。但是介電擊穿(cbd)方法無法確定納米孔分布的位置，電化學刻蝕方法無法實現納米孔陣列規?？煽氐募庸ば枨?。其它的諸如化學刻蝕方法或金屬輔助化學刻蝕，也無法實現規模，尺寸及形狀可控的納米孔陣列的制備。而激光刻蝕工藝的裝置又比較復雜，基于納米氣泡的電沉積法制備的納米孔陣列中的納米孔的幾何形狀、大小和分布都不均勻，難以控制，而利用afm進行納米孔加工的方法成功率低、可重復性差。

4、因此，如何開發一種成本低、可量產、尺寸及形狀可控、且陣列規?？煽氐墓虘B納米孔陣列以及固態納米孔陣列器件的工藝成為一個挑戰。

技術實現思路

1、鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種固態納米孔陣列與固態納米孔陣列器件的制備方法及應用，用于解決現有技術中固態納米孔陣列的制備工藝中面臨的成本高、效率低、無法實現規?；苽洹⒓{米孔的幾何形狀、大小和分布都不均勻以及重復性差的問題。

2、為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種固態納米孔陣列的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：提供一襯底，于所述襯底的正面上形成需要制備納米孔的功能材料層；

4、s2：于所述功能材料層上進行沉積工藝形成第一薄膜層；

5、s3：沿所述第一薄膜層的第一方向對所述第一薄膜層進行第一干法刻蝕形成多個第一凹槽；

6、s4：于所述第一薄膜層上進行沉積工藝形成第一犧牲層，所述第一犧牲層覆蓋所述第一凹槽的底部和側壁以及所述第一薄膜層的頂部，刻蝕去除覆蓋所述第一凹槽的底部以及所述第一薄膜層的頂部的所述第一犧牲層；

7、s5：于所述第一薄膜層上形成第二薄膜層，所述第二薄膜層覆蓋所述第一凹槽的底部且所述第二薄膜層與所述第一薄膜層具有相同的高度，以顯露出的所述第一犧牲層作為第一納米條帶；

8、s6：于所述第一薄膜層和所述第二薄膜層上進行沉積工藝形成第三薄膜層，沿所述第三薄膜層的第二方向對所述第三薄膜層進行第二干法刻蝕形成多個第二凹槽；

9、s7：于所述第三薄膜層上進行沉積工藝形成第二犧牲層，所述第二犧牲層覆蓋所述第二凹槽的底部和側壁以及所述第三薄膜層的頂部，刻蝕去除覆蓋所述第二凹槽的底部和所述第三薄膜層的頂部的所述第二犧牲層；

10、s8：于所述第三薄膜層上形成第四薄膜層，所述第四薄膜層覆蓋所述第二凹槽的底部且所述第四薄膜層與所述第三薄膜層具有相同的高度，以顯露出所述第二犧牲層作為第二納米條帶；

11、s9：于所述第一納米條帶與所述第二納米條帶的交叉點處進行刻蝕工藝，形成第一刻蝕腔；

12、s10：基于所述第一刻蝕腔對所述功能材料層進行干法刻蝕，于所述功能材料層中形成固態納米孔陣列。

13、可選地，于所述功能材料層中形成所述固態納米孔陣列之后，還包括有去除所述第一薄膜層、所述第二薄膜層、所述第三薄膜層、所述第四薄膜層、所述第一納米條帶和所述第二納米條帶的步驟。

14、可選地，所述第一方向和所述第二方向之間的夾角θ范圍為0＜θ<180°。

15、可選地，所述沉積工藝為物理氣相沉積、化學氣相沉積或者原子層沉積中的一種。

16、可選地，所述第一犧牲層包括氧化硅、氧化鉿、氮化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁中的至少一種，所述第二犧牲層包括氧化硅、氧化鉿、氮化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁中的至少一種。

17、可選地，形成所述功能材料層的材料包括金屬、非金屬、金屬化合物和非金屬化合物薄膜中的至少一種，所述功能材料層的厚度d為范圍為0＜d≤1μm。

18、可選地，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層的材料一致，所述第三薄膜層與所述第四薄膜層的材料一致。

19、可選地，對所述功能材料層進行干法刻蝕的刻蝕深度不小于所述功能材料層的厚度。

20、本發明還提供一種固態納米孔陣列器件的制備方法，所述固態納米孔陣列器件的制備方法包括以下步驟：

21、s101：提供一襯底，于所述襯底的正面上形成需要制備納米孔的功能材料層，于所述襯底的背面上形成掩膜層；

22、s102：于所述功能材料層上進行沉積工藝形成第一薄膜層；

23、s103：沿所述第一薄膜層的第一方向對所述第一薄膜層進行第一干法刻蝕形成多個第一凹槽；

24、s104：于所述第一薄膜層上進行沉積工藝形成第一犧牲層，所述第一犧牲層覆蓋所述第一凹槽的底部和側壁以及所述第一薄膜層的頂部，刻蝕去除覆蓋所述第一凹槽的底部以及所述第一薄膜層的頂部的所述第一犧牲層；

25、s105：于所述第一薄膜層上形成第二薄膜層，所述第二薄膜層覆蓋所述第一凹槽的底部且所述第二薄膜層與所述第一薄膜層具有相同的高度，以顯露出的所述第一犧牲層作為第一納米條帶；

26、s106：于所述第一薄膜層和所述第二薄膜層上進行沉積工藝形成第三薄膜層，沿所述第三薄膜層的第二方向對所述第三薄膜層進行第二干法刻蝕形成多個第二凹槽；

27、s107：于所述第三薄膜層上進行沉積工藝形成第二犧牲層，所述第二犧牲層覆蓋所述第二凹槽的底部和側壁以及所述第三薄膜層的頂部，刻蝕去除覆蓋所述第二凹槽的底部和所述第三薄膜層的頂部的所述第二犧牲層；

28、s108：于所述第三薄膜層上形成第四薄膜層，所述第四薄膜層覆蓋所述第二凹槽的底部且所述第四薄膜層與所述第三薄膜層具有相同的高度，以顯露出的所述第二犧牲層作為第二納米條帶；

29、s109：于所述第三薄膜層和所述第四薄膜層上進行沉積工藝形成第一圖案化層，所述第一圖案化層具有多個第三凹槽，且所述第三凹槽顯露出窗口區域；

30、s110：對所述窗口區域中的所述第一納米條帶與所述第二納米條帶的交叉點處進行刻蝕工藝形成第二刻蝕腔；

31、s111：基于所述第二刻蝕腔對所述窗口區域處的所述功能材料層進行干法刻蝕形成固態納米孔陣列；

32、s112：對所述襯底背面進行套準工藝，并使用刻蝕工藝刻蝕所述襯底和所述掩膜層，顯露出所述窗口區域的固態納米孔陣列；

33、s113：去除所述第一薄膜層、所述第二薄膜層、所述第三薄膜層、所述第四薄膜層、所述第一納米條帶、所述第二納米條帶和所述第一圖案化層，形成所述固態納米孔陣列器件。

34、可選地，所述第一方向和所述第二方向之間的夾角θ范圍為0＜θ<180°。

35、可選地，形成所述功能材料層的材料包括金屬、非金屬、金屬化合物和非金屬化合物薄膜中的至少一種，所述功能材料層的厚度d為范圍為0＜d≤1μm。

36、可選地，所述第一犧牲層包括氧化硅、氧化鉿、氮化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁中的至少一種，所述第二犧牲層包括氧化硅、氧化鉿、氮化鈦、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁中的至少一種。

37、可選地，所述第一薄膜層與所述第二薄膜層的材料一致，所述第三薄膜層與所述第四薄膜層的材料一致。

38、可選地，對所述功能材料層進行干法刻蝕的刻蝕深度不小于所述功能材料層的厚度。

39、本發明還提供一種固態納米孔陣列器件，所述固態納米孔陣列器件是上述任一項所述的固態納米孔陣列器件的制備方法得到的。

40、本發明還提供一種固態納米孔陣列器件在電化學信號分析，dna以及蛋白質等生物分子的高通量分析和檢測方面的應用。

41、如上所述，本發明的固態納米孔陣列與固態納米孔陣列器件的制備方法及應用，具有以下有益效果：固態納米孔陣列的制備方法結合沉積工藝鍍膜以及干法刻蝕工藝于第一薄膜層和第二薄膜層中形成沿第一方向的第一納米條帶，于第三薄膜層和第四薄膜層中形成沿第二方向的第二納米條帶，然后于第一納米條帶和第二納米條帶的交叉點進行選擇性刻蝕，從而在功能材料層中形成所需要的固態納米孔陣列圖案，該制備方法與已有的fib、ebl、tem和cbd等方法相比，具有快速高效，大面積制備，成本低等優勢，且通過工藝參數調節能夠精確控制形成的納米孔的孔徑、陣列規模，具有較高的重復性；基于固態納米孔陣列提出的固態納米孔陣列器件的制備方法能夠適用于多種固體材料并完全與現有的cmos工藝技術相兼容，實現固態納米孔陣列器件的大規模集成制造，從而可以顯著降低制備成本。此外，本發明的固態納米孔陣列器件還可以實現對電化學信號，以及dna或蛋白等生物分子的高通量分析和檢測。