CN105745363A - 用于固定电极隧穿识别的可制造亚3纳米钯间隙器件 - Google Patents

用于固定电极隧穿识别的可制造亚3纳米钯间隙器件 Download PDF

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Abstract

提供一种在纳米器件中制造纳米间隙的技术。在晶片上设置氧化物。在氧化物上设置纳米线。施加氦离子束以将纳米线切割成第一纳米线部分和第二纳米线部分，从而在纳米器件中形成纳米间隙。施加氦离子束切割纳米间隙在纳米间隙的至少一个开口附近形成纳米线材料的标志。

Description

用于固定电极隧穿识别的可制造亚3纳米钯间隙器件
技术领域
本发明主要涉及纳米器件，并且更具体地，涉及制造亚3纳米钯纳米间隙(sub-3nanometerpalladiumnanogap)。
背景技术
纳米孔测序(nanoporesequencing)是一种确定脱氧核糖核酸(DNA)链上核苷酸排列顺序的方法。纳米孔(也称为孔、纳米通道、洞等)可以是内径几纳米级的小孔。纳米孔测序背后的原理是关于当纳米孔浸没在导电流体中并且电势(电压)施加在所述纳米孔时发生了什么。在这些情况下，由于离子在纳米孔中的传导产生的微小的电流都可以被测量到，并且电流量对纳米孔的尺寸和形状非常敏感。如果单个碱基或DNA链穿过(或者部分DNA分子通过)纳米孔，这可以产生穿过纳米孔的电流大小的变化。其他电学或光学传感器也可置于纳米孔附近，从而使得当DNA穿过纳米孔时，DNA碱基可被区分出来。
可使用各种方法驱动DNA穿过纳米孔，从而使得DNA最终可穿过纳米孔。纳米孔的大小范围可具有这样的效果：DNA可作为一长链被强行穿过纳米孔，一次穿过一个碱基，就像用线穿针眼一样。最近，在应用纳米孔作为快速分析生物分子(诸如脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白质等)的传感器方面，人们越来越有兴趣。特别强调用于DNA测序的纳米孔应用，这是由于该技术具有将测序成本降低至每人类基因组1000美元以下的前景。
发明内容
根据一个实施方式，提供了一种在纳米器件中制造纳米间隙的方法。所述方法包括：在晶片上设置氧化物，在所述氧化物上设置纳米线，以及施加氦离子束以将纳米线切割成第一纳米线部分和第二纳米线部分，从而在纳米器件中形成纳米间隙。施加氦离子束切割纳米间隙形成了在纳米间隙的至少一个开口附近的纳米线材料的标记。
根据一个实施方式，提供了一种在纳米器件中制造纳米间隙的方法。所述方法包括：在晶片上设置氧化物，在所述氧化物上设置纳米线，以及施加氦离子束以将所述纳米线侧向窄化为第一纳米线部分和第二纳米线部分。所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分在纳米器件中形成第一纳米间隙。施加氦离子束将所述纳米线侧向窄化形成连接第一纳米线部分和第二纳米线部分的桥。在所述桥中切割第二纳米间隙，以从所述第一纳米线部分形成第一延伸并且从所述第二纳米线部分形成第二延伸。
根据一个实施方式，提供了一种用于测序的结构。所述结构包括：位于晶片上的氧化物、位于所述氧化物上的纳米线以及通过施加氦离子束形成的纳米线窄化侧向区域。所述窄化侧向区域形成第一纳米线部分和第二纳米线部分，并且所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分形成第一纳米间隙。所述窄化侧向区域形成连接所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分的桥。在所述桥中的第二纳米间隙从所述第一纳米线部分形成第一延伸并且从所述第二纳米线部分形成第二延伸。
通过本发明的技术实现了另外的特征和优点。本文中详细描述了本发明的其他实施方式和方面并且这些实施方式和方面被认为是请求保护的发明的一部分。为了更好地理解本发明的优点和特征，参考描述和附图。
附图说明
在本说明书的结论部分的权利要求中具体指出并明确要求保护被认为是本发明的主题。从下面结合附图进行的具体描述中，本发明的前述及其他的特征和优点是明显的，在附图中：
图1A示出了根据实施方式的形成纳米器件的方法的截面图。
图1B示出了根据实施方式的纳米器件的俯视图。
图1C示出了根据实施方式的在纳米线中的纳米间隙切口的截面图。
图1D示出了根据实施方式的在纳米器件中的纳米间隙的俯视图。
图2A是根据实施方式的经由透射电子显微镜(TEM)的纳米线图片。
图2B是根据实施方式的在特定情况下由氦离子束切割成的第一纳米间隙的TEM图片。
图2C是根据实施方式的在特定情况下由氦离子束切割成的第二纳米间隙的TEM图片。
图2D是根据实施方式的在特定情况下由氦离子束切割成的第三纳米间隙的TEM图片。
图2E是根据实施方式的纳米间隙周围的独特标志的TEM图片。
图2F是根据实施方式的具有残留钯的纳米间隙的TEM图片。
图2G是根据实施方式的去除了残留钯的纳米间隙的TEM图片。
图3A示意性地示出了根据实施方式的纳米器件阵列，每一个纳米器件具有由氦离子束形成的纳米间隙。
图3B示意性地示出了根据实施方式测试纳米器件阵列中的每一个单独的纳米器件，以确定残留的钯是否在纳米间隙中。
图4A示出了根据实施方式的纳米器件的俯视图，其中，通过氦离子束将纳米器件有意窄化。
图4B示出了根据实施方式的具有左右延伸的纳米器件的俯视图，所述左右延伸分别从左右电极延伸，以形成第二纳米间隙。
图4C示出了根据实施方式的示出了桥的纳米器件的放大的局部俯视图。
图4D示出了根据实施方式的其中桥被切断形成两个延伸的纳米器件的放大的局部俯视图。
图4E示出了根据实施方式的具有两个延伸的纳米器件的另一个放大的局部俯视图。
图5A示出了根据实施方式的利用纳米器件的测序***。
图5B示出了根据实施方式的示出了两个延伸的***的放大的局部俯视图。
图6是示出根据实施方式的在纳米线中制造纳米器件的纳米间隙的方法的流程图。
图7是示出根据实施方式的在纳米器件的纳米线中制造纳米间隙的方法的流程图。
图8是示出具有能力的计算机实例(计算机测试设置)的框图，该实例可包含在实施方式中和/或与实施方式结合。
具体实施方式
已经在两个钯电极之间进行亚3nm间隙(sub-3nmgap)的制造，以形成能够通过隧穿电流测量识别单个DNA碱基的器件。这种碱基识别器件是***单分子测序技术的关键组件。为了这个目的，提出或进行了数个方法来获得电极间的亚3nm间隙，例如聚焦透射电子显微镜(TEM)束切割或扫描隧穿显微镜电极。所有这些解决方法的主要问题是没有一种方法提供了清晰的切割路径来按比例增加(制造)隧穿器件的产品。这些尺寸的纳米间隙的可复制性和一致性也是一个挑战。重要的是，通常用于获得像电子束(e-束)光刻的高保真纳米级特征的制造方法可能不足以实现所需的间隙尺寸。
实施方式被配置为使用聚焦氦离子束粉碎钯(Pd)纳米线以制造用于DNA碱基识别的亚3nm间隙器件。以这种方式分割连续的钯纳米线以形成两个分离的钯电极，为具有独特和可识别的处理标志的亚3nm间隙形成提供高产的和可复制的路径。聚焦的氦离子束方法还允许窄化纳米线，以增强隧穿识别能力。例如，可将电极削成离所述间隙更近的更细的尖，以便减少隧穿信号同时来自多个碱基的可能性。另外，与TEM方法对比(该方法被限制于全部或局部薄的基板)，氦离子束切割方法可应用于任何基板。
图1A示出了根据实施方式的在纳米器件100中形成纳米间隙的方法的截面图。纳米器件100具有电绝缘的基板102，该基板可以是硅晶片。氧化层104可沉积(例如长在)基板102上。氧化层104是介电材料，并且可以是包括二氧化硅的任何介电材料。
纳米线106沉积在氧化层104上。图1B示出了纳米器件100的俯视图。纳米线的材料可以是钯。可使用，例如，电子束光刻和剥离技术在介质氧化层104上制造钯纳米线106。钯纳米线106还可通过光刻和反应离子蚀刻来定义。纳米线106的宽度W的范围可以是从几纳米到几微米(例如3nm到8μm)并且厚度T的范围可以是2nm到50nm。
钯纳米线106就位后，使用具有聚焦氦离子束的氦离子显微镜120通过改变曝光条件来可控地形成亚-3nm间隙。图1C示出了在纳米线106中切割的亚-3nm纳米间隙110的截面图，而图1D示出了纳米间隙110的俯视图。通过氦离子显微镜120的切割导致钯电极106A(例如左纳米线电极)和钯电极106B(例如右纳米线电极)，这两个电极一起形成纳米线106。纳米间隙110的宽度由D1示出。纳米间隙110的宽度D1经由从氦离子显微镜120辐射的氦离子形成为小于3纳米(例如1或2nm)。与电子显微镜相似，本领域的技术人员理解本文讨论的氦离子显微镜120的操作。
市场上可购得的氦离子显微镜的实例是来自CarlZeissSMTORIONTM氦离子显微镜和来自CarlZeissSMT的多离子束显微镜。
下面的实例示出了用于具有具体尺寸的钯纳米线106的氦离子显微镜120的间隙切割情况，所述具体尺寸为，宽度近似为(～)20nm，厚度近似为10nm(其中，厚度为1nm的Ti和9nm的Pd)。在(控制氦离子显微镜120的)示例性曝光条件中，射束电流为0.4pA(微微安)，束斑尺寸为3.4到(埃)，步进尺寸为工作距离可以是7.354mm(毫米)，以及孔径(开口)为5μm。
通过改变(氦离子显微镜120中的)参数(诸如每像素曝光时间)，可用小于3nm的距离(D1)可复制地制造纳米间隙。在30kV(千伏特)，在图2A的15nm宽和10nm厚的钯纳米线(线)上的2μs/像素(曝光时间)产生图2B中的4nm间隙(例如Nanogap_1)。通过减少每像素曝光时间，间隙的宽度可制造得更小。在这种情况下，1μs/像素曝光时间生成如图2C所示的3nm间隙(Nanogap_2)，0.5μs/像素曝光时间生成如图2D所示的在氦离子显微镜分辨率之下的间隙(Nanogap_3)(例如在1到3nm之间)。
注意，在图2A、图2B、图2C和图2D中(以及图2E到图2G)，蒸发的钯线(也就是纳米线106)被聚焦氦离子束切割，并且所得的间隙分别由指向Nanogap_1、Nanogap_2和Nanogap_3的箭头所示。图2E示出了小于3nm(例如2.77nm)的电极纳米间隙。并且，从图2E可以看出，根据实施方式使用氦离子束提供了独特的标志(signature)。注意，根据实施方式，纳米间隙周围的钯粒子/点205的(独特)的标志斑点是氦离子束曝光的结果。钯点205可具有直径从2到8nm的大小。纳米间隙110周围的钯点205在利用TEM在薄膜(也就是薄电极)上进行切割时观察不到。
图2F示出了具有残留钯210的钯间隙，所述残留钯在氦离子束切割后仍然连接(也就是桥接)电极106A和106B。在这种情况下，使用TEM(或氦离子束)中的电子束的聚焦来去除残留钯210，产生如图2G所示的纳米间隙110。纳米间隙110是2.97nm。图2A到图2G中的结构由高分辨率透射电子显微镜(TEM)成像。
图3A示出了根据实施方式的纳米器件100阵列，每一个纳米器件100具有纳米间隙110，该间隙由氦离子显微镜120的氦离子束形成。图3B示出了每一个单独的纳米器件100如何被测试以确定在电极106A和106B之间的间隙110中是否存在残留钯点/粒子205。将电压电源310的电压施加至电极106A和106B，以生成由电流表315测量的电流，并且电流的量确定在间隙110中是否存在残留钯粒子205。假定存在将电极106A桥接(也就是物理和/或电连接)至电极106B的残留的粒子205A，并且在这种情况下，因为残留的粒子205A，通过流表315测量的电流可以是毫微安培到微安培。如果在电极106A和电极106B之间(的间隙110中)不存在残留的粒子205A，在偏压400mV下测量的电流范围可以在200pA的范围内。
在制造过程中，当确定残留的粒子205A连接两个电极106A和106B时，有两个选择。可弃除在间隙110中具有残留粒子205A的偶然纳米器件100，而使用在晶片102上的纳米器件阵列中剩下的纳米器件100进行测序，正如本文所讨论的。可替代地和/或另外，可用透射电子显微镜的电子束(和/或氦离子束)在间隙110中进一步处理具有残留粒子205A的纳米器件100，以便清除残留粒子205A。用电子束去除残留粒子205A导致如图1C和图1D所示的干净(clear，清除)的纳米间隙110。在晶片102上的纳米器件100阵列中，可能只存在在间隙110中剩余有残留的粒子205A的很少的纳米器件100，并且甚至(起初)已经使用氦离子显微镜120的氦离子束切割了间隙110，也可通过透射电子显微镜的电子束切割(去除)残留的粒子205A。
与使用氦离子束相比，使用电子束(从开始到结束)切割亚-3nm间隙要求大量的时间和技能。因此，即使在晶体102上的纳米器件100阵列中有少数纳米器件100(例如15％)在(起初由氦离子束切割的)间隙110中具有残留的粒子205A，之后(为所述少数纳米器件100)使用电子束去除残留的粒子205A所用的时间远远小于使用电子束为纳米器件阵列切割间隙所需要的时间。TEM要求样本安装(也就是纳米器件100安装)和高真空，对于任何嵌入TEM的给定样本，这需要30分钟(min)。之后，每一个间隙大约需要20min由TEM单独地切割。TEM修饰之前氦离子束切割的间隙只需几毫秒的电子束曝光来(例如从纳米间隙110中)去除残留Pd。
图4A示出了根据实施方式的其中纳米线106在纳米间隙112的附近被氦粒子束有意地窄化(tapered)的纳米器件100的俯视图。氦离子显微镜120被控制为在A侧和B侧侧向切割纳米线而不完全切断纳米线106。这有意留下将左电极106A连接至右电极106B的钯桥405。纳米间隙112切割的宽度D2大于宽度D1。
氦离子显微镜120(和/或电子显微镜)被控制为在钯桥405中切割更小的纳米间隙114，导致图4B中的延伸405A和405B。图4B示出了具有左延伸405A和右延伸405B的纳米器件100的俯视图，其中，左延伸405A从电极106A延伸并作为其一部分，右延伸405B从电极106B延伸并作为其一部分。新形成的纳米间隙114具有可等于和/或小于纳米间隙110的宽度D1。纳米间隙112的宽度D2可以是4到10nm，而(在延伸405A和405B之间形成的)更小的纳米间隙D3的宽度可以是例如0.3、0.4、0.5、0.7……1到2nm(以便符合/容纳将被测序的碱基/核苷酸直径(尺寸))。通过具有较大的纳米间隙112(D2)，在DNA测序期间，较大的纳米间隙112确保多个DNA碱基不与电极106A和106B交互，因为电极106A和106B之间的距离(D2)太大(例如7nm或大于7nm)，而不能使隧穿电流通过。正如本领域的技术人员所理解的，DNA移入(相应电极106A和106B的)延伸405A和405B之间纳米间隙114中。将延伸405A和405B的尺寸X制成在纳米间隙114中容纳单个碱基。例如，尺寸X具有的距离小于将被测试的分子的碱基之间的分隔/间隔。取决于被测序的靶分子(的碱基分隔距离)，延伸405A和405B的距离X可以是3、4、5、6、7埃。因此，如果距离X是延伸405A和405B之间的纳米间隙114可一次(仅)有单个碱基并且测量的隧穿电流可识别纳米间隔114中当前的特定碱基，而不用同时测量来自可能在更大的纳米间隙112中的邻近碱基的隧穿电流。纳米线106的尺寸X1可以是20。
在图4A和图4B中，视图410是图4C、图4D和图4E示出的放大部分的虚线圈。图4C、图4D和图4E中的视图410是局部视图；基板102和氧化物104没有示出，这样不会使示图晦涩难懂。
图4C示出了纳米器件100的局部俯视图，在该图中，钯桥405以圆形部分示出，(物理或电)连接纳米间隙112中的左右电极106A和106B。图4D示出了纳米器件100的局部俯视图，在该图中，钯桥405(经由氦离子显微镜120的氦离子束和/或电子束)被进一步切割成两个分开的延伸405A和405B(以从电极106A和106B延伸的圆形部分示出)。这导致仅在延伸405A和405B之间的更小的纳米间隙114。
图4E示出了根据实施方式的纳米器件100的局部俯视图，在该图中，两个延伸405A和405B以从电极106A和106B延伸的三角形的部分示出。纳米间隙114在三角形部分之间。
图5A示出了根据实施方式的使用纳米器件100来测序(sequencing)的***500。如上文所讨论的，纳米器件100包括电绝缘基板102(晶片)、氧化物104、电极106A和106B(具有相应的延伸405A和405B，出于清楚没有示出)和纳米间隙110(或纳米间隙112和114)。
所述***包括电绝缘薄膜503和506。背部凹槽504形成构成纳米间隙110(纳米间隙112和114)的悬空薄膜。电极507和508是金属接触垫(可以是任何金属)。
在***500中，顶部储液器514被附接并密封在绝缘薄膜506的顶部，并且底部储液器515被附接并密封在绝缘薄膜503的底部。电极512在顶部储液器514中，电极513在底部储液器515中。例如，电极512和513可以是银/氯化银或钯。储液器514和515分别是缓冲溶液550的入口和出口，并且储液器514和515容纳用于测序的DNA和/或RNA样本。缓冲溶液550是导电溶液(诸如电解液)并且可以是盐溶液，诸如氯化钠(NaCl)。
***500示出了靶分子(targetmolecule)511，其是被分析和/或测序的分子。作为示例性DNA样本，***500可包括单链DNA分子511，所述分子穿过纳米间隙110(纳米间隙112和114)。DNA分子511具有碱基530(A、G、C和T)，以方框表示。
DNA分子511通过由电源517产生的垂直电场被拉过纳米间隙110(纳米间隙112和114)。当电压通过电源517施加在电极512和513时，该电压(在储液器514和515之间)产生电场，该电场(例如通过接通或断开电源517)可控地将DNA分子511驱动进并使其穿过纳米间隙110(纳米间隙112和114)。另外，电源517的电压可在电极507和508之间产生栅偏压。注意，电极507、508、106A和106B、纳米间隙110(114)可操作为晶体管。来自电源517的纳米间隙110(纳米间隙112和114)两端的电压可以是用于控制晶体管的栅极。金属垫(电极)507和508分别是晶体管器件的漏极和源极。由电源519施加至电极507和508的电压也可以建立电场，该电场将碱基530保持在纳米间隙110中以用于测序。注意，金属垫507和508电连至具有纳米间隙110(纳米间隙112和114)的电极106A和106B。
注意，纳米孔580在层506和104中形成，该纳米孔580比纳米间隙110(112和114)大。纳米间隙110(112和114)在纳米孔580中。正如本领域的技术人员所理解的，纳米孔580连接顶部储液器514和底部储液器515。当DNA(或RNA)分子511穿过(在纳米孔580中的)纳米间隙110(112和114)时，电流表518监控离子电流变化。(由电流表518测量的)离子电流流过电极512，流入缓冲溶液550，流入纳米孔580(以便，当靶分子511出现在纳米孔580中时，与碱基530交互)，流出电极513。由电源519生成的电压在源极508和漏极507之间产生电压。另一个电流表520监控来自(通过缓冲溶液550的晶体管的)纳米间隙110(112和114)的源漏晶体管电流，以便，当DNA/RNA分子511穿过纳米间隙110(112和114)时，检测核苷酸(也就是碱基)信息。
例如，当碱基530在(位于纳米线106的纳米间隙110(或纳米间隙112和114)之间的)纳米孔580中时，并且当电源519施加电压时，源漏晶体管电流流到源极508，流入右纳米线电极106B，流入(纳米间隙之间的)缓冲溶液550，以便与位于其内的碱基530交互，流入左纳米线电极106A，流出漏极507并流进电流表520。电流表520被配置为，当每一类型的碱基530出现在(左右电极106A和106B之间的)纳米间隙110(纳米间隙112和114)中以及当没有(DNA分子511的)碱基530出现时，测量源漏电流的变化。当各相应的碱基出现在纳米孔580的纳米间隙110(或纳米间隙112和114)中时，相应碱基530由源漏晶体管电流强度确定。正如图4B、图4D和图4E所讨论的，图5B示出了具有延伸405A和405B的***500的局部视图，所述延伸405A和405B分别从电极106A和106B中延伸。尽管其他碱基530可以在更大的纳米间隙112中，单个碱基(仅)在纳米间隙114内。
当单个碱基530出现在纳米间隙114中并且由电源519施加电压时，源漏晶体管电流流进源极508、流入右纳米线电极106B、流入右延伸405B、流入(纳米间隙114之间的)缓冲溶液550，以便与置于其中的碱基530交互、流入左延伸405A、流入左纳米线电极106A、流出漏极507，流向电流表520。当碱基530出现在纳米间隙114中时，电流表520测量隧穿电流(源漏电流)。对于在图4B和图4E示出的矩形和三角形延伸405A和405B，进行同样的处理。
图6示出了根据实施方式的在(纳米器件100的)纳米线106中制造纳米间隙的方法，该方法用于DNA、RNA测序。可参照本文讨论的图1到5。
在框605处，氧化物104被设置(例如生长于)基板102(晶片)的顶部，在框610处，纳米线106被设置在氧化物104的顶部。可以采用剥离处理来设置和图案化纳米线106的金属。正如本领域的技术人员所理解的，可采用正光刻处理(positiveresistprocess)和负光刻处理(negativeresistprocess)来设置和图案化纳米线106。
在框615处，经由氦离子显微镜120施加氦离子束将纳米线106切割成第一纳米线部分(例如电极106A)和第二纳米线部分(例如电极106B)，以在纳米器件100中形成纳米间隙110。
在框620处，(例如，如图2E和3B所示)当(经由氦离子显微镜120)施加氦离子束切割纳米间隙110时，纳米线材料的标志(例如钯粒子/点205)在纳米间隙110的开口附近(例如，如图2E和图3B所示)形成。
由于氦离子束，纳米线材料的标志包括纳米间隙110的开口附近的纳米线材料粒子(例如钯粒子/点205)。氦离子束能量蒸发钯，当关掉氦离子束时，钯可以以圆形液滴再沉积。
由于施加氦离子束，由电源310施加的电压确定纳米线材料粒子(也就是钯粒子205A)嵌入纳米间隙110，在该间隙中，纳米线材料粒子连接第一纳米线部分和第二纳米线部分(也就是连接电极106A和106B)。当确定纳米线材料粒子嵌入纳米间隙110时，通过施加电子束和/或氦离子束去除纳米间隙110中的纳米线材料粒子。注意，氦离子显微镜120可被配置为辐射期望的电子束和氦离子束。可替代地和/或另外，当确定纳米线材料粒子嵌入纳米间隙110时，在具有(如图3B确定的没有嵌入的钯粒子205的)纳米间隙110的好的纳米器件100阵列(如图3A所示)中，排除在纳米间隙110中具有纳米线材料粒子嵌入的特定纳米器件100。
纳米线106可以是(仅为)钯和/或其他金属。基板/晶片102可以是硅、锗等。氧化物104可以是二氧化硅和/或其他介电材料。
图7示了根据实施方式的在(纳米器件100的)纳米线106中制造纳米间隙112和114(与纳米间隙110相同)的方法，该方法可用于DNA、RNA测序。可参照本文讨论的图1到图5。
在框705处，氧化物104被设置在(例如生长于)基板102(晶片)的顶部，在框710处，纳米线106被设置在氧化物104的顶部。可以采用剥离处理来设置和图案话纳米线106的金属。正如本领域的技术人员所理解的，可采用正光刻处理(positiveresistprocess)和负光刻处理(negativeresistprocess)来设置和图案化纳米线106。
在框715处，经由氦离子显微镜120施加氦离子束将纳米线106侧向(例如在A侧和B侧但不在这两者之间)窄化为第一纳米线部分(例如图4A中的电极106A)和第二纳米线部分(例如电极106B)，其中，第一纳米线部分和第二纳米线部分在纳米器件100中形成第一纳米间隙(例如纳米间隙112)。
在框720处，施加氦离子束侧向窄化纳米线有意形成连接第一纳米线部分(电极106A)和第二纳米线部分(电极106B)的桥405。
在框725处，进一步施加氦离子束和/或电子束在/穿过桥405切割第二纳米间隙(例如纳米间隙114)，以从/在第一纳米线部分(电极106A)形成第一延伸(例如延伸405A)并且从/在第二纳米线部分(电极106B)形成第二延伸(例如延伸405B)。
第二纳米间隙114比第一纳米间隙112细(也就是D3<D2)。如图4A和图4B所示，窄化纳米线106以使第一延伸405A和第二延伸405B在第二纳米间隙114被切割后具有矩形形状。如图4C和图4D所示，窄化纳米线106以使第一延伸405A和第二延伸405B在第二纳米间隙114被切割后具有圆形形状。如图4E所示，窄化纳米线106以使第一延伸405A和第二延伸405B在第二纳米间隙114被切割后具有三角形状。
第二纳米间隙114由第一延伸405A和第二延伸405B形成(也就是在这二者之间形成)。第二纳米间隙114的尺寸(例如延伸405A和405B的距离X)容纳靶分子511的单个碱基或单核苷酸，在该间隙中，靶分子511可包括要在***500中测序的脱氧核糖核酸分子、核糖核酸分子和/或蛋白质。当位于第一和第二延伸之间的纳米间隙114中时，第二纳米间隙114的尺寸(仅)允许单个碱基或单核苷酸经由(电流表520的)测量电流测序。
第一延伸405A和第二延伸405B都延伸至第一纳米间隙112.
图8示出了计算机800的实例(例如作为用于测试和分析的计算机测试设置的一部分)，该计算机可实施、控制和/或调节本文所讨论的电源的相应电压、电流表的相应测量值和用于显示各种电流强度(包括离子电流和晶体管(源漏电流))的显示屏。计算机800还储存每一个被测试和测量的碱基的各自电流强度，以便与不同碱基的基线电流强度对比，这被用来识别被测试/靶分子的碱基。
本文讨论的各种方法、程序、模块、流程图、工具、应用、电路、元件和技术也可包括和/或利用计算机800的能力。此外，计算机800的能力可用于实施本文讨论的示例性实施方式的特征。计算机800的一个或多个能力可用于实施、连接至和/或支持图1到图7中(正如本领域的技术人员理解的)本文讨论的任何元件。例如计算机800可以是任何类型的计算装置和/或测试设备(包括电流表、电源、电流计、连接件等)。计算机800的(具有合适的软件和硬件的)输入/输出设备870可经由电缆、插头、电线、电极、膜片箝等，包括和/或耦接至本文讨论的纳米器件和结构。此外，正如本文讨论和理解的，输入/输出设备870的通信接口包括软件和硬件，用于通信、操作地连接至、读取和/或控制电源、电流表和电流踪迹(例如电流的强度和脉冲)等。输入/输出设备870的用户接口可包括，例如，跟踪球、鼠标、定位设备、键盘、触摸屏等，用于与计算机800交互，诸如输入信息、做出选择、独立地控制不同的电源和/或为每一个碱基、分子、生物分子等显示、观察和记录电流踪迹。
通常，就硬件结构而言，计算机800可包括一个或多个处理器810、计算机可读存储器820以及一个或多个输入和/或输出(I/O)设备870，这些设备经由本地接口(没有示出)通信地耦接。本地接口可以是，例如但不限于，如本领域所知的一个或多个总线或其他有线或无线连接。本地接口可具有另外的元件(诸如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器)，以便使通信可能。进一步地，本地接口可包括处理、控制和/或数据连接，以便使前文提到的组件之间适当的通信可能。
处理器810是用于执行可储存在存储器820中的软件的硬件。处理器810可以是事实上在任何与计算机800关联的数个处理器中的定制的或市场上可购得的处理器、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)或辅助处理器，并且处理器810可以是基于半导体的微处理器(以微芯片的形式)或宏处理器。
计算机可读存储器820可包括任何一个易失性存储元件或多个这样元件的组合(例如随机存取存储器(RAM)，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等)和非易失性存储元件(例如ROM、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁带、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁盘、软磁盘、暗盒、盒式磁带等)。此外，存储器820可包括电的、磁的、光学的和/或其他类型的存储介质。注意存储器820可具有分布式结构，在该结构中，各种组件远离彼此定位但都能被处理器810访问。
计算机可读存储器820中的软件可包括一个或多个单独的程序，每一个程序包括为实施逻辑功能的有序的可执行指令列表。存储器820中的软件包括合适的示例性实施方式的操作***(O/S)850、编译程序840、源代码830和一个或多个应用860。如图所示，应用860包括用于实施示例性实施方式的特征、处理、方法、功能和操作的多个功能组件。
操作***850可控制其他计算机程序的执行并且提供调度、输入输出控制、文件和数据管理、存储器管理和通信控制和相关服务。
应用860可以是源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或任何其他包括一组用于执行的指令的实体。当是一个源程序时，则该程序通常经由编译程序(诸如编译程序840)、汇编程序、解译程序(这些程序可能包含在存储器820中也可能不包含其中)等被翻译，以便结合O/S850适当地操作。此外，应用860可被写为(a)面向对象的程序语言(具有多个种类的数据和方法)，或者(b)过程程序语言(具有程序、子程序和/或功能)。
I/O设备870可包括输入设备(或***设备)诸如，例如但不限于，鼠标、键盘、扫描仪、扩音器、摄像机等。此外，I/O设备870还可包括输出设备(或***设备)，例如但不限于，打印机、显示器等。最后，I/O设备870可进一步包括与输入和输出通信的设备，例如但不限于，NIC或调制器/解调器(用于访问远程设备、其他文件、设备、***或网络)、无线电调频(RF)或其他收发器、电话接口、桥、路由器等。I/O设备870还包括用于在各种网络间通信的组件，诸如互联网或内联网。I/O设备870可(经由例如通用串行总线(USB)接口、串行端口、并行端口、火线、HDMI(高清晰度多媒体接口)等)利用蓝牙连接或电缆连接至处理器810和/或与之通信。
在示例性实施方式中，应用860以硬件实施，应用860可以用以下任何一个技术或以下多个技术的组合实施，这些技术都是本领域所熟知的：离散逻辑电路，具有用于在数据信号上执行逻辑功能的逻辑门；特定用途集成电路(ASIC)，具有适当的组合逻辑门；可编程门列阵(PGA)；现场可编程门列阵(FPGA)等。
正如本领域的技术人员所理解的，本发明的方面可体现为***、方法或计算机程序产品。因此，本发明的方面可以表现为整个硬件实施方式、整个软件的实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施方式，所有这些方面在本文中大致称为“电路”、“模块”或“***”。此外，本发明的方面可以表现为在一个或多个计算机可读介质中实施的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有在其上实施的计算机可读程序。
可使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是，例如但不限于，电的、磁的、光学的、电磁的、红外线的或半导体的***、装置或设备，或上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质更具体的实例(非穷尽列举)包括以下：具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光导纤维、便携式只读光盘驱动器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备或前述设备的任意合适的组合。在本文件的语境中，计算机可读存储介质可以是任何包含或储存由指令执行***、装置或设备等使用的程序的有形介质，或结合指令执行***、装置或设备等使用的程序的有形介质。
计算机可读信号介质可包括具有在其内体现为计算机可读程序代码的传播数据信号，例如，在基带中或作为载波的一部分。这样的传播信号可表现为各种形式中的任何形式，包括但不限于，电磁的、光学的或其任意合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何不是计算机可读存储介质的计算机可读介质，并且可以通信、传播或运输由指令执行***、装置或设备等使用的程序，或结合指令执行***、装置或设备等使用的程序。
体现在计算机可读介质上的程序代码可使用任何合适的介质传输，包括但不限于无线、钢缆、光纤电缆、RF等，或前述组件的任何合适的组合。
为本发明的方面执行操作的计算机程序代码可以用任何一种或多种程序语言的组合写成，包括面向对象的程序语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)和传统过程程序语言(诸如“C”程序语言或相似的程序语言)。程序代码可完全在用户计算机上执行、作为单机软件包部分在用户计算机上执行、部分在用户计算机上执行部分在远程计算机上执行或完全在远程计算机或服务器上执行。在后面的方案中，远程计算机可通过任意种类的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接至用户计算机，或者(例如通过使用互联网服务提供商的互联网)可连接至外部计算机。
参照根据本发明的实施方式的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图，在下文描述本发明的方面。将要理解的是，流程图和/或框图中的每一个方框和流程图和/或框图中的方框的组合都可用计算机程序指令实施。可将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以便产生机器，这样经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创造实施功能/行动的方法，所述功能/行动在流程图和/或框图的一个或多个方框中具体描述。
这些计算机程序指令还可存储在计算机可读介质中，该介质可指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他装置，使其以特定的方式执行功能，这样储存在计算机可读介质中的指令产生制品，包括执行在流程图和/或框图的一个或多个方框中具体描述的功能/行动的指令。
计算机程序指令还可加载在计算机、他可编程数据处理装置或其他装置上，以便使一系列操作步骤在计算机、他可编程数据处理装置或其他装置上执行，以便产生计算机执行过程，这样在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令提供执行在流程图和/或框图的一个或多个方框中具体描述的功能/行动的过程。
图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施方式的***、方法和计算机程序产品的可能实施方式的结构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每一个方框可代表模块、区块或部分代码，包括用于执行指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意，在一些可替代的实施方式中，方框中记录的功能可能不按附图记录的顺序发生。例如，两个连续示出的方框可能实际上大致同时执行或者有时方框按相反的顺序被执行，这取决于涉及到的功能。还将注意的是流程图和/或框图的每一个方框以及流程图和/或框图中的方框的组合可用执行指定功能或行动的特殊用途基于硬件的***实施，或用特殊用途硬件和计算机指令的组合实施。
本文使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式的“一个”和“那个”旨在也包括复数形式(除非语境清除地表明不是)。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括”详细说明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不作为其他更多的特征、整体、步骤、操作、元件组件和/或其组合的存在或增加的陈述。
所有的方式或步骤的对应的结构、材料、行动和对等物加上下面的权利要求中的功能元件旨在包括用于结合其他具体要求的请求保护的元件执行功能的结构、材料或行动。呈现本发明的描述是出于说明和描述的目的，而不旨在以公开的形式详尽或限制本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改形式和变型形式对于本领域的技术人员来说将是明显的。选择并描述这些实施方式是为了最好地解释本发明和实际应用的原则，并且使本领域的其他技术人员理解具有各种修改形式的各种实施方式的本发明适合于预期的特定的使用。
本文描绘的流程图仅为实例。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以有许多该图或在该图内描述的步骤(或操作)的变型形式。例如，可以以不同的顺序执行这些步骤，并且可以增加、删除或修改这些步骤。所有这些变型形式都被认为是请求保护的本发明的一部分。
虽然描述了本发明的最优实施方式，将要理解的是，本领域的技术人员，现在及将来，可以在下面的权利要求的范围内做出各种改善和加强。这些权利要求应被理解为开始描述的本发明维持合适的保护。

Claims (20)

1.一种制造纳米间隙的方法，所述方法包括：
在晶片上设置氧化物；
在所述氧化物上设置纳米线；以及
施加氦离子束将纳米线切割成第一纳米线部分和第二纳米线部分，以在纳米器件中形成所述纳米间隙；
其中，施加所述氦离子束切割所述纳米间隙在所述纳米间隙的至少一个开口附近形成了纳米线材料的标志。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米线材料的标志包括在所述纳米间隙的所述至少一个开口附近的纳米线材料粒子。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，作为施加所述氦离子束的结果，确定纳米线材料粒子嵌入所述纳米间隙中，所述纳米线材料粒子在该间隙中连接所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括，当确定所述纳米线材料粒子嵌入所述纳米间隙时，通过施加电子束去除所述纳米间隙中的所述纳米线材料粒子。
5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括，当确定所述纳米线材料粒子嵌入所述纳米间隙时，从具有纳米间隙的纳米器件阵列中弃除在所述纳米间隙中嵌入有所述纳米线材料粒子的纳米器件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米线包括钯。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片包括硅。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氧化物是二氧化硅。
9.一种制造纳米间隙的方法，所述方法包括：
在晶片上设置氧化物；
在所述氧化物上设置纳米线；
施加氦离子束以将所述纳米线侧向窄化为第一纳米线部分和第二纳米线部分，所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分在纳米器件中形成第一纳米间隙；
其中，施加氦离子束将所述纳米线侧向窄化形成连接所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分的桥；并且
在所述桥中切割第二纳米间隙，以从所述第一纳米线部分形成第一延伸并且从所述第二纳米线部分形成第二延伸。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二纳米间隙比所述第一纳米间隙细。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述纳米线窄化以使所述第一延伸和所述第二延伸在所述第二纳米间隙被切割之后具有矩形形状。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述纳米线窄化以使所述第一延伸和所述第二延伸在所述第二纳米间隙被切割之后具有圆形形状。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述纳米线窄化以使所述第一延伸和所述第二延伸在所述第二纳米间隙被切割之后具有三角形状。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二纳米间隙由所述第一延伸和所述第二延伸形成；并且
其中，所述第二纳米间隙的尺寸容纳靶分子的单个碱基或单核苷酸，其中，所述靶分子包括脱氧核糖核酸分子、核糖核酸分子和蛋白质中的至少一个；并且
当所述第二纳米间隙的尺寸允许所述单个碱基或所述单核苷酸经由测试电流测序时，同时位于所述第一延伸和所述第二延伸之间的所述第二纳米间隙里。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一延伸和所述第二延伸都延伸至所述第一纳米间隙。
16.一种用于测序的结构，所述结构包括：
位于晶片上的氧化物；
位于所述氧化物上的纳米线；
所述纳米线的窄化侧向区域，通过施加氦离子束而形成，所述窄化侧向区域形成第一纳米线部分和第二纳米线部分，其中，所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分形成第一纳米间隙；
所述窄化侧向区域形成连接所述第一纳米线部分和所述第二纳米线部分的桥；以及
所述桥中的第二纳米间隙，从所述第一纳米线部分形成第一延伸并且从所述第二纳米线部分形成第二延伸。
17.根据权利要求16所述的结构，其中，所述第二纳米间隙比所述第一纳米间隙细。
18.根据权利要求16所述的结构，其中，将所述纳米线窄化以使所述第一延伸和所述第二延伸在所述第二纳米间隙被切割之后具有矩形形状。
19.根据权利要求16所述的结构，其中，将所述纳米线窄化以使所述第一延伸和所述第二延伸在所述第二纳米间隙被切割之后具有圆形形状。
20.根据权利要求16所述的结构，其中，将所述纳米线窄化以使所述第一延伸和所述第二延伸在所述第二纳米间隙被切割之后具有三角形状。
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