[發明專利]納米孔阱結構和方法

有效

• 申請號: 201880018098.X
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN110383065B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 區永基;R.L.西瑟洛;陳國鈞;J.福斯特;黃煥岱;P.帕瓦蘭德;K.A.亨內
• 申請（專利權）人: 豪夫邁·羅氏有限公司
• 主分類號: G01N33/487
• 分類號: G01N33/487;B01L3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張一舟;譚祐祥

納米孔電池可包括在阱底部處具有工作電極的阱。阱可以形成在介電層內，其中阱的側壁可以由涂覆介電層的壁的電介質或其他材料形成。具有不同疏水性和親水性的各種材料可用于提供所需的電池性能。納米孔電池中的納米孔可以插入在阱上形成的膜中。可以使用各種技術來提供例如用于形成阱的材料和方法所需的形狀和其他性質。

背景技術

具有內徑為大約1納米的孔徑的納米孔膜裝置在快速核苷酸測序中顯示出前景。當在浸沒在導電流體中的納米孔上施加電壓電位時，可以存在歸因于穿過納米孔的離子傳導的小離子電流。電流的大小對孔徑和在納米孔中的哪個分子敏感。分子可以是核苷酸本身（例如，作為核酸的一部分）或附著于特定核苷酸的特定標簽，從而允許檢測核酸特定位置的核苷酸?？梢詼y量包括納米孔的電路中的電壓（例如，在積分電容器處）作為測量分子電阻的方式，從而允許檢測哪個分子在納米孔中。

盡管基于納米孔的測序傳感器芯片在一些應用中已經成功，但仍然需要改進。例如，需要改進的納米孔結構和方法。

發明內容

實施例涉及納米孔電池，其包括在阱底部具有工作電極的阱。阱可以形成在介電層內，其中阱的側壁可以由涂覆介電層的壁的電介質或其他材料形成。各種實施例可以使用具有不同疏水性和親水性的不同材料以提供所需的電池性質。在操作中，納米孔電池可以具有在孔上形成的膜，其中納米孔可以插入膜中?？椎男螤羁捎绊懶纬赡さ男再|和能力，這可進一步影響用納米孔電池進行測量的容易性。可以使用各種技術來提供所需的形狀和其他性質（例如，形成阱的材料的所需的形狀和其他性質）。

根據一些實施例，納米孔電池可包括襯底，設置在襯底頂部上方的導電層，以及覆蓋在導電層上的第一介電層。第一介電層可以具有暴露導電層的一部分的開口。電極層可以設置在第一介電層的開口中。電極層可以具有在第一介電層上延伸的懸垂部分。此外，第二介電層設置在第一介電層上，并且腔形成在第二介電層中。腔暴露出電極層的一部分。此外，腔可以包括在電極的懸垂部分上方的第二介電層的底切部分。納米孔裝置可包括由腔形成的阱。阱具有由電極層的頂表面形成的底部基底和由第二介電層形成的阱側壁。

根據實施例，阱的形狀可以包括介電層的頂表面和阱側壁之間的拐角的方面。拐角可以由曲率半徑r表征，并且介電層的頂表面和阱側壁之間的角度由角度θ表征?？梢赃x擇曲率r和角度θ的值以提供阱的期望特性，從而提供納米孔電池的期望特性。

實施例可包括納米孔電池，其包括襯底，設置在襯底頂部中的導電層，設置在導電層上的電極層，和設置在電極層上的介電層。納米孔電池還包括形成在介電層中的腔，并暴露出電極層的一部分。此外，在腔中形成阱，并且阱具有由介電層形成的阱側壁和在電極層的暴露部分上的阱底部。介電層的頂表面和阱側壁之間的拐角可以由曲率半徑r表征，并且介電層的頂表面和阱側壁之間的角度可以由角度θ表征。

一些實施例可包括用于形成納米孔電池的方法。該方法可以包括提供裝置結構，該裝置結構具有設置在襯底頂部的導電層和設置在導電層上并被氧化物層包圍的多孔TiN電極層。該方法包括在氧化物層上形成緩沖層，在氧化物緩沖層上形成聚酰亞胺層，去除一部分聚酰亞胺層以形成腔以暴露氧化物緩沖層的一部分，并去除氧化物緩沖層的暴露部分以暴露一部分多孔TiN電極層以形成阱。該阱包括由多孔電極層的頂表面形成的底部基底和在氧化物緩沖層之上的堆疊的聚酰亞胺層的阱側壁。在形成阱期間，防止多孔TiN電極層與聚酰亞胺層接觸。

一些實施例可包括用于形成納米孔電池的方法。納米孔包括提供襯底和多孔電極層，襯底包括設置在襯底頂部中的導電層，多孔電極層設置在由第一介電層包圍的導電層上。該方法還包括在第一介電層上形成第二介電層，在第二介電層上形成第三介電層，去除第三介電層的一部分以形成腔以暴露第二介電層的一部分，以及去除第二介電層的暴露部分以暴露一部分多孔電極層以形成阱。阱包括由電極層的頂表面形成的底部基底和在第二介電層上的堆疊的第三介電層的阱側壁。在形成阱期間，防止多孔電極層接觸第三介電層。