[发明专利]DNA测序装置及制作方法

权利要求书

1.一种DNA测序装置，其特征在于，包括：

设置于双面抛光单晶硅片上的底层接触电极，在底层接触电极上方覆盖有底层石墨烯微带，在底层石墨烯微带上方覆盖有六方氮化硼微带，在六方氮化硼微带上方覆盖有顶层石墨烯微带，底层石墨烯微带、六方氮化硼微带和顶层石墨烯微带构成了一个石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔；

还包括置于双面抛光单晶硅片上的二氧化硅薄膜，该二氧化硅薄膜顶部生长有氮化硅薄膜，在氮化硅薄膜上刻蚀有矩形窗口，在氮化硅薄膜上利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备铬/金底层接触电极；

利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带上方制备两个顶层接触电极，利用聚焦电子束或聚焦离子束技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔；

在单晶硅片的背面利用双面光刻、感应耦合等离子体或各向异性湿法刻蚀技术制作微腔，测序反应腔中填充有电解质溶液，反应腔用于支撑上层的氮化硅薄膜以及石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结；

底层接触电极接正电位，位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极分别接正电位和负电位；

底层接触电极、顶层右侧接触电极、纵向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成纵向隧穿电流测量回路；

分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极、横向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成横向隧穿电流测量回路；

置于单晶硅片上方的铂电极接正电位，置于单晶硅片下方的铂电极接负电位，铂电极、微弱离子电流测量设备和可变电压源构成微弱离子电流测量回路。

2.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于：所述石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的直径为1—10nm。

3.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于：所述顶层石墨烯微带为单层或多层石墨烯，所述底层石墨烯微带为单层或多层石墨烯，所述六方氮化硼微带为单层或多层六方氮化硼。

4.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于：用于驱动单链DNA分子穿过石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的静电场由可变电压源提供，所述可变电压源的偏置电压应为0.05—0.25V，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔上方的铂电极接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔下方的铂电极接负电位。

5.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于：在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔顶层石墨烯上的右侧接触电极接负电位，在底层石墨烯上的底层接触电极接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极分别接正电位和负电位。

6.一种权利要求1至5任一项所述的DNA测序装置的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：洗清双面抛光单晶硅片，将单晶硅片置于配比为1:4的双氧水和硫酸混合液中，对所述硫酸混合液进行加热，去除单晶硅片的表面污迹，然后用去离子水冲洗、烘干单晶硅片；

步骤2：在单晶硅片上通过热氧生长一层二氧化硅薄膜；

步骤3：利用等离子体增强化学汽相沉积技术在二氧化硅薄膜上方生长一层氮化硅薄膜；

步骤4：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结底部的铬/金底层接触电极；

步骤5：利用双面光刻技术和感应耦合等离子体或各向异性湿法刻蚀技术在单晶硅片背面刻蚀出微腔；

步骤6：利用光刻技术和反应离子刻蚀技术在氮化硅薄膜上制作一个矩形窗口，该矩形窗口用于支撑悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构；

步骤7：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移底层石墨烯微带至底层接触电极和氮化硅薄膜上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿下电极；

步骤8：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移六方氮化硼微带至底层石墨烯微带上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的电介质层；

步骤9：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移顶层石墨烯微带至六方氮化硼微带上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿上电极，并利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构；

步骤10：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带上制备两个铬/金顶层接触电极；

步骤11：利用聚焦电子束或聚焦离子束技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔，该石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔在两个顶层接触电极的中间；

步骤12：将带有石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的测序芯片安装于测序反应腔中；在底层接触电极和右侧顶层接触电极之间接入可变电压源和纵向微弱隧穿电流测量设备；在位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极之间接入可变电压源和横向微弱隧穿电流测量设备；在两个铂电极之间接入驱动单链DNA分子穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的可变电压源和微弱离子电流测量设备。