【摘 要】
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纳米孔已经成为一类特殊的单分子分析工具,为检测和表征核酸和蛋白质等生物分子提供了巨大的潜力。作为生物纳米孔的替代品,固态纳米孔由于其在孔隙几何和孔径尺寸上的大范围可调性以及其优异的机械特性和电学特性而呈现出显著的多功能性。本文采用离子电流监测机制辅助的各项异性湿法刻蚀法进行锥形硅基固态纳米孔的制备,在满足低成本、批量化、可控性制备需求的同时,将制备工艺节点推进至亚5nm。围绕上述主题,本文主要研究
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纳米孔已经成为一类特殊的单分子分析工具,为检测和表征核酸和蛋白质等生物分子提供了巨大的潜力。作为生物纳米孔的替代品,固态纳米孔由于其在孔隙几何和孔径尺寸上的大范围可调性以及其优异的机械特性和电学特性而呈现出显著的多功能性。本文采用离子电流监测机制辅助的各项异性湿法刻蚀法进行锥形硅基固态纳米孔的制备,在满足低成本、批量化、可控性制备需求的同时,将制备工艺节点推进至亚5nm。围绕上述主题,本文主要研究内容如下:（1）基于单晶硅的各项异性刻蚀特性和其晶胞结构,探究了锥形硅基固态纳米孔的形成模型,验证了极小尺寸固态纳米孔的形成可能。基于三种开孔事件监测方法的性能优缺对比,论证了离子电流监测法开孔的选择优势。（2）基于传统的离子电流监测系统的诸多缺陷,对离子电流监测开孔过程中的开孔装置进行了改进。采用改进的开孔装置进行开孔,成功实现极小尺寸固态纳米孔阵列和亚10nm固态纳米孔单孔的制备。其中,固态纳米孔阵列的最小尺寸为4.28nm,固态纳米孔单孔的最小尺寸为8.22nm。（3）基于固态纳米孔阵列的较低开孔率,对开孔平面平整度进行了测试分析。探究了刻蚀温度、KOH溶液浓度对平面平整度的影响,从而找到了最优刻蚀条件。在最优刻蚀条件下对硅片进行刻蚀,将平面平整度改善了23%。（4）基于最优刻蚀条件下平面平整度改善甚微,遂采用绝缘体上硅（SOI）晶圆代替普通硅片进行固态纳米孔阵列的制备。后经实验发现,SOI晶圆埋氧层的设计使得开孔平面平整度得到了极大的提高（平整度改善率为72.8%）,且基本实现了固态纳米孔阵列的全部开孔。
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