固态纳米孔,特别是锥形(圆锥或方锥)固态纳米孔,是支撑第三代基因测序技术的重要平台之一,在仿生开关、离子晶体管等众多领域也拥有广阔的应用前景。但目前固态纳米孔制备技术仍存在诸多挑战。本论文针对制造成本、可重复性、孔径及规模的控制精度等问题,充分发挥单晶硅各项异性刻蚀、易于修饰和改进等优势,在一系列理论和实验研究基础上,完成了锥形纳米孔阵列的制备及优化;结合电介质击穿原理,在硅基纳米孔阵列制备工艺的基础上成功实现亚5 nm锥形膜上纳米单孔的制备,并完成了对DNA分子过孔事件的初步检测。各向异性刻蚀法在制备锥形纳米孔阵列方面具有独特优势,但仍存在一系列理论与技术问题,如形状多样性的成因、均匀性和特征尺寸如何优化等。针对上述理论问题,本论文建立并完善了锥形纳米孔形成的理论模型。对纳米孔宏观形成过程进行建模,成功解释了纳米孔形状多样性的原因;基于硅晶格结构特征得到纳米孔的理论极限尺寸(7.7?)。针对存在的技术问题,本研究对掩膜布局及工艺流程进行优化,使阵列均匀性提高10%,平均特征尺寸降低至70 nm;提出了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术高效收缩纳米孔的方案,建立PECVD沉积缩孔模型并提取特征参数;在孔径控制方程的指导下实现较大特征尺寸(>100 nm)锥形硅纳米孔阵列的高效收缩,将纳米孔的特征尺寸降低至8 nm。目前,各向异性刻蚀制备方法在实现纳米单孔方面仍面临极大挑战。为实现孔径范围灵活可控的锥形纳米单孔的制备,本文结合各项异性刻蚀与电介质击穿原理,提出了在锥形膜上原位制备纳米单孔的制备新方法。采用原子层沉积和热氧化技术,分别在锥形硅腔内制备厚度分布不同的锥形薄膜。利用持续高电压在前者锥尖及侧棱区域制备出纳米多孔,并探讨了纳米孔孔径和位置分布与制备电压、制备时间以及薄膜结构的关系。采用双模式多幅脉冲电压的优化制备方法,在后者锥尖区域自定位实现亚5 nm~50 nm纳米单孔。文章最后以锥形膜上纳米单孔为研究对象,对其离子整流特性以及生物大分子检测能力进行测试。着重分析纳米孔结构、溶液浓度以及偏置电压幅值对该种纳米孔整流比的影响。同时,实现了纳米单孔对λ-DNA不同过孔模式的观测与记录,其平均阻塞电流为800 pA,平均过孔时间为1 ms,与现有固态纳米单孔性能持平。