CN202814345U

CN202814345U - 一种光电位移传感器

Info

Publication number: CN202814345U
Application number: CN 201220443456
Authority: CN
Inventors: 王辉; 俞崇祺; 黄旭
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-08-31

Abstract

本实用新型提供一种光电位移传感器，至少包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的金属薄膜层；分别设置在所述金属薄膜层两端的第一电极和第二电极；分别与所述第一电极和第二电极连接的第一电极引线和第二电极引线；所述金属薄膜层包括单一金属或金属合金；本实用新型还可以包括形成在所述半导体衬底和所述金属薄膜层之间的氧化物层；所述氧化物层为氧化物半导体层或金属氧化物层。本实用新型通过将金属薄膜层作为光电位置传感器的光响应面，相对于目前的光电位移传感器来说，可以显著提高和改善光电位移传感器的线性度和灵敏度，同时本实用新型结构简单，适用于大规模工业生产应用。

Description

一种光电位移传感器

技术领域

本实用新型涉及探测器技术领域，特别是涉及一种光电位移传感器。

背景技术

位移传感器是把位移转换为电量的传感器，被广泛应用于工程建设、工业控制、仪器制造领域。位移传感器可以分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，光电式位移传感器等。

现在常用的位移传感器是电位器式位移传感器，它结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。但是它容易磨损，而且其输出特性呈阶梯形。同时由于机械式的电刷无法做到微米级别，所以其精度不高。目前高精度的位移传感器结构复杂、制作成本高、价格昂贵。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种光电位移传感器，来提高和改善光电位移传感器的线性度和灵敏度。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种光电位移传感器，至少包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的金属薄膜层；分别设置在所述金属薄膜层两端的第一电极和第二电极；分别与所述第一电极和第二电极连接的第一电极引线和第二电极引线。

可选地，所述金属薄膜层的厚度为1nm~50nm。

可选地，所述金属薄膜层的厚度为5.9nm~7.0nm。

可选地，所述金属薄膜层包括单一金属或金属合金。

可选地，所述单一金属为Ti、Co或Cu。

可选地，还包括形成在所述半导体衬底和所述金属薄膜层之间的氧化物层。

可选地，所述氧化物层为氧化物半导体层或金属氧化物层。

可选地，所述氧化物半导体层为SiO₂氧化物层或NiO氧化物层。

可选地，所述金属氧化物层为TiO₂氧化物层。

可选地，所述氧化物层的厚度范围为0.1nm~138nm。

可选地，所述氧化物层的厚度范围为1.0nm~1.5nm或0.06nm~0.32nm。

可选地，所述第一电极和所述第二电极之间的距离范围为0.5mm~15.0mm。

可选地，所述第一电极和所述第二电极之间的距离范围为1.5mm~5.0mm。

可选地，还包括分别设置在所述金属薄膜层另外两端的第三电极和第四电极以及分别与所述第三电极和第四电极连接的第三电极引线和第四电极引线；所述第一电极和所述第二电极的连线与所述第三电极和所述第四电极的连线相垂直。

可选地，所述的第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极采用金、银、铝、铜、铂、铟或锡金金属材料，制成一个点或是一条线。

如上所述，本实用新型的一种光电位移传感器，具有以下有益效果：

1、本实用新型通过将金属薄膜层作为光电位置传感器的光响应面，可以显著提高和改善光电位移传感器的线性度和灵敏度。

2、本实用新型通过设置光电位置传感器中金属薄膜层的厚度、氧化物层的厚度以及金属薄膜层中的金属，使得光电位置传感器的线性度和灵敏度达到最优。

3、本实用新型结构简单，适用于大规模工业生产应用。

附图说明

图1显示为本实用新型的一种光电位移传感器的实施例一的结构示意图。

图2显示为本实用新型中Ti/Si结构的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图3显示为本实用新型中Co/Si结构的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图4显示为本实用新型中激光照射在金属薄膜层和半导体衬底面上时的横向光伏效应对比图。

图5~图6显示为本实用新型中Ti/Si结构不同金属薄膜层厚度时的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图7显示为本实用新型中Ti/Si结构不同金属薄膜层厚度时的光电位移传感器的灵敏度理论值与实际值对比图。

图8显示为本实用新型中Co/Si结构不同功率的激光照射时的光电位移传感器的灵敏度理论值与实际值对比图。

图9显示为本实用新型中Co/Si结构不同波长的激光照射时的光电位移传感器的灵敏度理论值与实际值对比图。

图10显示为本实用新型的一种光电位移传感器的实施例二的结构示意图。

图11显示为本实用新型中Ti/TiO₂/Si结构的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图12显示为本实用新型中Ti/SiO₂/Si结构的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图13显示为本实用新型中Cu/NiO/Si结构的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图14显示为本实用新型中Ti/TiO₂/Si结构不同氧化物层厚度时的光电位移传感器的横向光伏效应图。

图15显示为本实用新型中Ti/TiO₂/Si结构不同氧化物层厚度时的光电位移传感器的灵敏度理论值与实际值对比图。

元件标号说明

1 光电位移传感器

11 半导体衬底

12 金属薄膜层

13 氧化物层

14 第一电极

15 第二电极

16 第一电极引线

17 第二电极引线

V_AB 从金属薄膜层输出的电压

V_CD 从半导体衬底输出的电压

L₁~L₁₄ 横向光伏效应曲线

ER1~ER4 实际横向光伏效应曲线

TR1~TR4 理论横向光伏效应曲线

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图15。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

尽管光电位移传感器已被广泛的应用，但是线性度和灵敏度两个最关键性能指标还有待提高。所以自从光电位移传感器出现以来，很多人就一直致力于探索新的材料和结构来制作光电位移传感器，来提高和改善光电位移传感器的性能。

有鉴于此，本实用新型提供一种光电位移传感器，来提高和改善光电位移传感器的线性度和灵敏度。以下将详细阐述本实用新型的一种光电位移传感器的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的一种光电位移传感器。

第一实施例

如图1所示，本实用新型提供一种光电位移传感器，所述光电位移传感器1至少包括：半导体衬底11、形成于所述半导体衬底11上的金属薄膜层12、分别设置在所述金属薄膜层12两端的第一电极14和第二电极15以及分别与所述第一电极14和第二电极15连接的第一电极引线16和第二电极引线17。

一般来说，薄膜材料的制备主要有物理气相沉积和化学气相沉积两种方法。物理气相沉积技术主要包括真空蒸发(电子束蒸发、激光束蒸发等)、溅射镀膜以及在它们基础上发展起来的分子束外延(MBE)等；化学气相沉积技术主要包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)等。我们薄膜的制备方法采用的是溅射镀膜，常用的溅射方法有直流磁控溅射、射频磁控溅射、三极溅射和离子束溅射等。本实施例中，采用超高真空磁控与离子束联合溅射设备进行直流磁控溅射的方法将所述金属薄膜层12沉积在半导体衬底11上。

直流磁控溅射是制备磁性薄膜材料的一种重要的技术手段，目前已经应用于许多生产实际中。采用直流磁控溅射方法制备薄膜有许多优点：1、沉积获得的薄膜厚度比较均匀；2、薄膜与衬底结合情况较好；3、薄膜沉积率较高；4、沉积的薄膜可以较好地保持靶材的理想化学配比；5、容易控制薄膜厚度。

所述半导体衬底11可以从Si、GaAs、Al₂O₃等半导体材料中选取制备，在本实施例中，所述半导体衬底11采用n型的单晶硅半导体。所述半导体衬底11的厚度为0.1mm~1mm，具体在本实施例中选取所述半导体衬底11的厚度为0.28mm~0.32mm；电阻率在室温下为50Ω.cm~80Ω.cm。在所述金属薄膜层12形成在半导体衬底11上之后，在所述金属薄膜层12的两端分别制作第一电极14和第二电极15，所述的第一电极14和第二电极15采用金、银、铝、铜、铂、铟或锡金金属材料，制成一个点或是一条线。在本实施例中，所述第一电极14和第二电极15由铟金属材料形成的铟点，所述铟点的尺寸都应小于1mm。此外，在形成铟点的过程中，铟点形成时第一电极14与第一电极引线16相连，另一个铟点形成时第二电极15和第二电极引线17相连。制备好第一电极14和第二电极15，就可以测量第一电极14和第二电极15之间的横向光伏效应，即可以通过该光电位移传感器1可以探测一维的位移。

为使本实用新型的光电位移传感器1也可以探测二维的位移，即可以同时探测两个不在同一平面方向的位移，在本实施例中，本实用新型的光电位移传感器1还包括分别设置在所述金属薄膜层12另外两端的第三电极和第四电极以及分别与所述第三电极和第四电极连接的第三电极引线和第四电极引线；所述第一电极14和所述第二电极15的连线与所述第三电极和所述第四电极的连线相垂直。

为了简单明了说明本实用新型的原理，以测量第一电极14和第二电极15之间的横向光伏效应为例进行说明。

在制备好光电位移传感器1之后，测量在金属薄膜层12上的横向光伏效应。具体如下：用电压表连接第一电极引线和第二电极引线，以测量所述金属薄膜层是否可以导通，然后，打开激光器，将激光直接照在第一电极上，调整激光点位置，使电压最大，调整激光点的位置，当电压为0时，激光点应位于第一电极14和第二电极15中间的位置，继续调整激光点的位置，记录电压与位置的关系，得出横向光伏效应图。

所述金属薄膜层12可以由单一金属或金属合金形成。在本实施例中，所述金属薄膜层12由单一金属形成，所述单一金属包括Ti、Co或Cu，相应地，所述金属薄膜层12为由上述单一金属形成的Ti金属薄膜层、Co金属薄膜层或Cu金属薄膜层。

如图2至图4所示，分别显示为本实用新型中Ti/Si结构和Co/Si结构的光电位移传感器1的横向光伏效应图和激光照射在金属薄膜层12和半导体衬底11面上时的横向光伏效应对比图。实验上，Ti金属、Cu金属或Co金属镀在玻璃上没有观测到横向光伏效应，因为金属不吸收光，从而金属是等式的。为了更好的对比不同金属-半导体结构中的横向光伏效应，我们取Ti金属薄膜层、Co金属薄膜层或Cu金属薄膜层的厚度（都为6.2nm）完全一样，同时第一电极14和第二电极15之间的距离为3.2mm，激光的波长和功率分别为632nm和3mW。如图2至图4所示，很明显，金属薄膜层12面的横向光伏效应(从金属薄膜层输出的电压V_AB)相对于半导体面的横向光伏效应(从半导体衬底输出的电压V_CD)更明显。既然只是在第一电极14和第二电极15之间的线性横向光伏对位置灵敏传感器有用，我们下面的讨论只关心第一电极14和第二电极15之间的横向光伏效应。从图2至图4中我们可以得出，Ti/Si结构中金属薄膜层12横向光伏的非线性度为4.8%，半导体面的非线性度为8.3%；而对于Co/Si结构，金属薄膜层12横向光伏的非线性度3.9%，半导体面的非线性度为6.2%；而对于Cu/Si结构，金属薄膜层12横向光伏的非线性度3.4%，半导体面的非线性度为5.8%。这意味着这三种金属-半导体中的线性度非常的好。

横向光伏效应中另一个关键的因素为横向光伏随位置的灵敏度。从图2至图4中我们可以得出，对于Ti/Si结构金属面的横向光伏灵敏度为40.0mV/mm，对于Co/Si结构金属面的横向光伏灵敏度为31.2mV/mm，对于Cu/Si结构金属面的横向光伏灵敏度为6.5mV/mm，这都要比它们半导体面的横向光伏大。在半导体面，Ti/Si结构的灵敏度为27.2mV/mm，Co/Si结构的灵敏度为21.8mV/mm,，Cu/Si结构的灵敏度为5.1mV/mm。这些结果表明，金属面的横向光伏在这些结构中能显现出比半导体面大的多的横向光伏效应。

金属薄膜层12上的横向光伏效应很大程度上取决于金属薄膜层12的厚度。如果金属薄膜层12的厚度一旦远离了最佳值，那么横向光伏效应立即将会减小。只有当金属薄膜层12的厚度适宜时，横向光伏效应才会变得明显。

为了进一步测量金属-半导体结构中的金属薄膜层12的厚度对横向光伏效应的影响，我们在Ti/Si结构中取不同的Ti金属薄膜层的厚度（图5和图6中d所示）进行横向光伏效应测量。如图5所示，其中，横向光伏效应曲线L₁对应的Ti金属薄膜层的厚度为6.2nm、横向光伏效应曲线L₂对应的Ti金属薄膜层的厚度为6.1nm、横向光伏效应曲线L₃对应的Ti金属薄膜层的厚度为6.4nm、横向光伏效应曲线L₄对应的Ti金属薄膜层的厚度为6.0nm、横向光伏效应曲线L₅对应的Ti金属薄膜层的厚度为6.7nm、横向光伏效应曲线L₆对应的Ti金属薄膜层的厚度为7.0nm、横向光伏效应曲线L₇对应的Ti金属薄膜层的厚度为5.9nm、第一电极14和第二电极15之间的距离为3.2mm，激光波长和功率分别为632nm和3mW。如图7所示，显示为Ti/Si结构中不同Ti金属薄膜层厚度下的横向光伏效应图及灵敏度理论值与实际值对比图。我们从图5和图7中很清楚的发现，当Ti金属薄膜层的厚度远离其最佳厚度6.2nm（图7中所示的d_opt）时，横向光伏的灵敏度将会降低。这就是为什么我们之前选择Ti(6.2nm)/Si结构，因为，在这厚度下，Ti/Si结构将会有最强的横向光伏效应。因此，为了在金属-半导体结构中获得较大的横向光伏效应，一个合适的金属薄膜层的厚度是非常关键的，在本实施例中，所述Ti金属薄膜层的厚度为6.2nm。实际上，在金属薄膜层的厚度在1nm~50nm内都可以探测到横向光伏效应，如图6所示，图6显示为Ti金属薄膜层的厚度为50nm时的横向光伏效应图。理论上，金属薄膜层在大于50nm的厚度也是可以探测到横向光伏效应，但是在金属薄膜层厚度过大时，横向光伏效应相对没有那么明显，根据本实用新型中光电位移传感器1的厚度需要以及光电位移传感器1的灵敏度和线性度考虑，不需要做太厚的光响应层（即金属薄膜层）。我们可以从图5和图7中看到所述Ti金属薄膜层的厚度具有一个阈值（图7中所示的d₀），为5.9nm。当Ti金属薄膜层的厚度比这阈值大的时候，Ti/Si结构才会出现明显横向光伏效应，因而在本实施例，选取所述金属薄膜层12的厚度范围为5.9nm~7.0nm。

此外，实验发现，激光的功率和波长会很大程度上的影响横向光伏效应。图8显示了Co(3.5nm)/Si结构中横向光伏在不同激光波长下随激光功率的变化，其中，理论横向光伏效应曲线TR1对应的激光波长为832nm、理论横向光伏效应曲线TR2对应的激光波长为8808nm、理论横向光伏效应曲线TR3对应的激光波长为780nm、理论横向光伏效应曲线TR4对应的激光波长为980nm、实际横向光伏效应曲线ER1对应的激光波长为832nm、实际横向光伏效应曲线ER2对应的激光波长为808nm、实际横向光伏效应曲线ER3对应的激光波长为780nm、实际横向光伏效应曲线ER4对应的激光波长为980nm。很清楚的可以看到，对于不同的波长，在小功率情况下横向光伏灵敏度总是正比于激光波长，而在大功率下横向光伏趋于饱和。对于不同的激光波长，饱和值是不同的。为了更好的理解横向光伏效应和光波长之间的关系，我们进一步的测量了横向光伏在特定激光功率5mW下随激光波长的变化。如图9所示，我们发现横向光伏效应存在一个最佳的波长。对于Co(3.5nm)/Si结构，最佳波长在832nm附近。事实上，这个最佳波长可以在金属-半导体结构中被金属薄膜层12的厚度所调控。

对于横向光伏效应，最重要的两个指标就是横向光伏灵敏度和线性度。为了得到一个好的横向光伏效应，大的横向光伏灵敏度和好的线性度是不可缺少的。事实上，这两个指标和第一电极14和第二电极15之间的距离有密切的关系。通过实验我们发现，第一电极14和第二电极15之间的距离的增加会降低横向光伏的线性度。当接触点距离小于5.0mm时，非线性度将小于15%。当接第一电极14和第二电极15之间的距离变大时，非线性度将大于(举个例子，18.2%对于6.0mm距离)15%。如果我们定义一个有效的第一电极14和第二电极15之间的距离，在这个距离下横向光伏非线性度将小于可接受值，在第一电极14和第二电极15之间的距离为0.5mm~15.0mm时，都可以测量到横向光伏效应。但距离太小，应用会收到限制，在本实施例中，第一电极14和第二电极15之间的最小距离为5.0mm。另外，随第一电极14和第二电极15之间的距离增加，横向光伏会降低。实验发现，当第一电极14和第二电极15之间的距离为2.4mm时，横向光伏灵敏度达到最大值，为47.2mV/mm，但是当第一电极14和第二电极15之间的距离扩展到6.0mm时，横向光伏灵敏度降低到24.3mV/mm。因此，合适的第一电极14和第二电极15之间的距离不但能得到一个大的横向光伏灵敏度，还能得到一个好的线性度。

在本实施例中所述第一电极14和所述第二电极15之间的距离范围为0.5mm~15mm，具体选取所述第一电极14和所述第二电极15之间的距离为2.4mm。

以上的横向光伏效应测量都是在第一电极14和第二电极15的连线上测得的。但是横向光伏效应也会随不同垂直距离y（垂直于第一电极14和第二电极15的连线）而变化。当垂直距离增加时，横向光伏的线性度会减小。当垂直距离（即第三电极和第四电极之间的距离）为3.0mm时，横向光伏非线性度将变成20.1%，这个数值已经大于我们可接受的值15%。如果我们定义一个有效垂直距离y，在这个距离内横向光伏的非线性度将小于可接受值。在这种情况下，有效垂直距离为2.0mm。进一步的，垂直距离的增加会减小横向光伏的灵敏度。因此，小的垂直距离不但能得到一个大的横向光伏灵敏度还能得到一个好的横向光伏线性度。

第二实施例

第二实施例与第一实施例的区别在于，在第二实施例中，如图10所示，所述光电位移传感器1除了包括半导体衬底11、金属薄膜层12、分别设置在所述金属薄膜层12两端的第一电极14和第二电极15、以及分别与所述第一电极14和第二电极15连接的第一电极14引线和第二电极15引线之外，还包括形成在所述半导体衬底11和所述金属薄膜层12之间的氧化物层13。

所述氧化物层13为氧化物半导体层或金属氧化物层。在本实施例中，所述氧化物半导体层优选为SiO₂氧化物层或NiO氧化物层，所述金属氧化物层优选为TiO₂氧化物层。所述氧化物层13的厚度可以选取为0.1nm~138nm。请参阅图11至图13，分别显示为本实用新型中Ti/TiO₂/Si结构、Ti/SiO₂/Si结构和Cu/NiO/Si的光电位移传感器1的横向光伏效应图。很明显，金属薄膜层12面的横向光伏效应(从金属薄膜层输出的电压V_AB)相对于半导体面的横向光伏效应(从半导体衬底输出的电压V_CD)更明显。在Ti/TiO₂/Si结构中的TiO₂氧化物层是采用直流磁控溅射形成在半导体衬底11上(事先将半导体衬底11上天然的SiO₂氧化物层清理掉)，Ti/SiO₂/Si结构中的SiO₂氧化物层是天然的。如图11至图13所示，在Ti/SiO₂/Si结构显现出一个很大的横向光伏，金属面的灵敏度为48.6mV/mm，而半导体面的灵敏度为12.1mV/mm。Ti/TiO₂/Si结构也会出现横向光伏效应，但相对Ti/SiO₂/Si结构横向光伏效应要小一些，金属面的灵敏度为4.0mV/mm，而半导体面的灵敏度1.4mV/mm。和Ti/Si结构相比，Ti/SiO₂/Si结构的灵敏度要高，但Ti/TiO₂/Si结构的灵敏度却要低。这是因为对于Ti/TiO₂/Si结构，TiO₂氧化物层起到了一个高势垒的作用，而这个势垒会妨碍电子从半导体跃迁到金属中去，这将会导致横向光伏效应变小。然而，对于Ti/SiO₂/Si结构，尽管SiO₂氧化物层仍然有势垒作用，但是在SiO₂-Si界面中会存在处于禁带范围内的表面态。这将会增加光照引起的电子浓度，这导致了横向光伏效应的增加。同时，从图13可以看出，在Cu/NiO/Si结构上也会出现明显的横向光伏效应，在图13中所述NiO氧化物层的厚度为148nm，Cu金属薄膜层的厚度为6.8nm，金属面的灵敏度为37.9mV/mm。

TiO₂氧化物层会使Ti/TiO₂/Si结构中的横向光伏效应变小因为TiO₂氧化物层势垒会影响电子从半导体中跃迁到金属中去。为了更好的研究氧化物层13所引起的厚度效应，我们测量了不同TiO₂厚度下Ti(6.2nm)/TiO₂/Si结构中的横向光伏效应，请参阅图14，显示为Ti(6.2nm)/TiO₂/Si结构中不同TiO₂氧化物层的厚度（图14中所示的a）下的横向光伏效应，其中，横向光伏效应曲线L₈对应的TiO₂氧化物层的厚度为1.0nm、横向光伏效应曲线L₉对应的TiO₂氧化物层的厚度为1.4nm、横向光伏效应曲线L₁₀对应的TiO₂氧化物层的厚度为1.8nm、横向光伏效应曲线L₁₁对应的TiO₂氧化物层的厚度为2.2nm、横向光伏效应曲线L₁₂对应的TiO₂氧化物层的厚度为2.6nm、横向光伏效应曲线L₁₃对应的TiO₂氧化物层的厚度为3.0nm、横向光伏效应曲线L₁₄对应的TiO₂氧化物层的厚度为3.4nm。我们从图14中可以看到横向光伏灵敏度随着氧化物层13厚度的增加而减小。这是因为氧化物层13厚度的增加会增加势垒厚度，这导致了电子从半导体跃迁到金属更加的困难。

请参阅图15显示为Ti(6.2nm)/TiO₂/Si结构中横向光伏灵敏度随TiO₂氧化物层厚度变化的理论值和实际值对比图。

从图15中可以看出，当TiO₂氧化物层厚度减小到0.16nm时，Ti(6.2nm)/TiO₂/Si结构中的横向光伏将会极大地被增强。Ti(6.2nm)/TiO₂(0.16nm)/Si结构中的横向光伏灵敏度可达到113mV/mm，这要比Ti(6.2nm)/TiO₂(1.2nm)/Si结构中的4.0mV/mm的灵敏度大得多，甚至它比Ti(6.2nm)/Si结构中的40.0mV/mm的灵敏度还要大。这意味着，在这种情况下，超薄的SiO₂氧化物层不再起到减小横向光伏的势垒的作用了。为了全面的研究氧化物层13的横向光伏效应，我们选择不同的SiO₂氧化物层的厚度，厚度从0.06nm到0.32nm来测量横向光伏效应，图15清楚地显示了一个合适的SiO₂氧化物层的厚度(0.16nm，图15中所示的aopt)，对于在金属-氧化物-半导体材料中获得大的横向光伏是至关重要的。事实上，SiO₂氧化物层在这种情况下已经小于一个分子层，这意味着氧化物分子不能完全的覆盖在半导体衬底11上。所以，在本实用新型，制作所述氧化物层13时，所述氧化物层13的厚度选取的范围为1.0nm~1.5nm或0.06nm~0.32nm。具体在本实施例中所述氧化物层13的厚度为0.16nm，以获得大的横向光伏效应。

综上所述，本实用新型的一种光电位移传感器，具有以下有益效果：

1、本实用新型通过将金属薄膜层作为光电位置传感器的光响应面，相对于目前的光电位移传感器来说，显著提高和改善光电位移传感器的线性度和灵敏度。

3、本实用新型结构简单，适用于大规模工业生产应用。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种光电位移传感器，其特征在于，至少包括：

半导体衬底；

形成于所述半导体衬底上的金属薄膜层；

分别设置在所述金属薄膜层两端的第一电极和第二电极；

分别与所述第一电极和第二电极连接的第一电极引线和第二电极引线。

2.根据权利要求1所述的光电位移传感器，其特征在于：所述金属薄膜层的厚度为1nm~50nm。

3.根据权利要求2所述的光电位移传感器，其特征在于：所述金属薄膜层的厚度为5.9nm~7.0nm。

4.根据权利要求1、2或3所述的光电位移传感器，其特征在于：所述金属薄膜层包括单一金属或金属合金。

5.根据权利要求4所述的光电位移传感器，其特征在于：所述单一金属为Ti、Co或Cu。

6.根据权利要求1所述的光电位移传感器，其特征在于：还包括形成在所述半导体衬底和所述金属薄膜层之间的氧化物层。

7.根据权利要求6所述的光电位移传感器，其特征在于：所述氧化物层为氧化物半导体层或金属氧化物层。

8.根据权利要求7所述的光电位移传感器，其特征在于：所述氧化物半导体层为SiO₂氧化物层或NiO氧化物层。

9.根据权利要求7所述的光电位移传感器，其特征在于：所述金属氧化物层为TiO₂氧化物层。

10.根据权利要求6所述的光电位移传感器，其特征在于：所述氧化物层的厚度范围为0.1nm~138nm。

11.根据权利要求6所述的光电位移传感器，其特征在于：所述氧化物层的厚度范围为1.0nm~1.5nm或0.06nm~0.32nm。

12.根据权利要求1或6所述的光电位移传感器，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极之间的距离范围为0.5mm~15.0mm。

13.根据权利要求12所述的光电位移传感器，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极之间的距离范围为1.5mm~5.0mm。

14.根据权利要求1所述的光电位移传感器，其特征在于：还包括分别设置在所述金属薄膜层另外两端的第三电极和第四电极以及分别与所述第三电极和第四电极连接的第三电极引线和第四电极引线；所述第一电极和所述第二电极的连线与所述第三电极和所述第四电极的连线相垂直。

15.根据权利要求14所述的光电位移传感器，其特征在于：所述的第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极采用金、银、铝、铜、铂、铟或锡金金属材料，制成一个点或是一条线。