一种光场探测元件的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供一种光场探测元件，包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的氧化物层；形成在所述氧化物层上的金属薄膜层；形成在所述金属薄膜层上的挡光层，所述挡光层的一端设有透光孔；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。本发明的光场探测元件根据激光照射金属薄膜层产生的光致电阻效应，可以用电阻变化表示存储单元有光和无光两种状态，电阻随激光照射位置变化的空间分辨率非常高，因而本发明的光场探测元件可以显著提高光存储器的密度；同时可以用于制备光控变阻器、光控二极管，此外，本发明结构简单，适用于大规模工业生产应用。
【专利说明】一种光场探测元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及存储器【技术领域】，特别是涉及一种光场探测元件。
【背景技术】
[0002]计算机由运算器、存储器、控制器、输入单元和输出单元这五个基本组成部分。其中存储器的作用是存储程序和数据。存储器的主要存储介质有半导体电路、磁性记录介质、光存储介质等。半导体介质主要用于主存储器又称主存或内存。磁性记录介质和光存储介质则用于辅助存储器又称外存。常见的辅助存储器有硬盘、光盘等。在数字计算机中，信息以二进制代码的形式表示，所以任何存储器都需要设计一种方式来表示二进制中的I和O两种状态。
[0003]目前主流的机械硬盘是用磁性材料作为存储介质的，使用基于法拉第电磁感应的写入磁头改变记录盘上磁性单元的状态，使用基于巨磁阻效应的读出磁头来读取记录盘上的信息。光存储指以光电工程之方法，将资料储存于光学可读的介质上，以进行资料的储存。电脑所使用的只读记忆光碟以及蓝光光碟等光学碟片就是光储存的应用。光盘上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，通过光场传感器感应，再转化为0、1的数字信号就成了光存储。
[0004]还有一种存储方式是磁光存储，它是磁存储和光存储的结合。磁光存储是用一束强激光聚焦到磁光记录介质薄膜上，热磁写入和擦除信息。利用极向磁光克尔效应来读取信息。用一束线偏振光照射到记录信息的磁光介质上，发射光偏振面相对于入射光偏振面旋转一定的角度。对于一个已经写入信息的磁光介质，磁畴局部磁矩取向不同，反向光偏振面的偏振方向就不同，这样就能通过测量反射光来读取信息。
[0005]从光存储诞生至今，很多科学家都在致力于提高信息的存储密度。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光场探测元件，用以提高光存储器密度的目的。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光场探测元件，包括:半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的氧化物层；形成在所述氧化物层上的金属薄膜层；形成在所述金属薄膜层上的挡光层，所述挡光层的一端设有透光孔；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。
[0008]可选地，所述金属薄膜层的厚度为lnnT50nm。
[0009]可选地，所述金属薄膜层的厚度范围为4.0nnT9.0nm。
[0010]可选地,所述金属薄膜层包括单一金属或金属合金。
[0011]可选地，所述单一金属为T1、Co或Cu。
[0012]可选地，所述氧化物层为氧化物半导体层或金属氧化物层。[0013]可选地，所述氧化物半导体层为SiO2氧化物层或NiO氧化物层；所述金属氧化物层为TiO2氧化物层。
[0014]可选地，所述氧化物层的厚度范围为0.lnnTl38nm。
[0015]可选地，所述氧化物层的厚度范围为1.0nnTl.5nm。
[0016]可选地，所述的第一电极和第二电极采用金、银、铝、铜、钼、铟或锡金金属材料，制成一个点或是一条线。
[0017]可选地，还包括形成在所述金属薄膜层上的挡光层，所述挡光层的一端设有透光孔。
[0018]本发明提供一种如上所述的光场探测元件的应用，用于制备光控二极管。
[0019]本发明还提供另一种如上所述的光场探测元件的应用，用于制备光控变阻器。。
[0020]如上所述，本发明的一种光场探测元件，具有以下有益效果:
[0021]1、本发明的光场探测元件根据激光照射金属薄膜层产生的光致电阻效应，可以用电阻的变化表示存储单元有光和无光两种状态，电阻随激光照射位置变化的空间分辨率非常高，因而本发明的光光场探测元件可以显著提高光存储器的密度。
[0022]2、本发明结构简单，可广泛应用于光控电阻器、光控二极管和超大信息存储器等领域，适用于大规模工业生产应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1显示为本发明的一种光场探测元件的结构示意图。
[0024]图2至图7显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层的电阻测试过程图。
[0025]图8显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层的电阻随激光位置变化图。
[0026]图9显示为本发明的一种光场探测元件纵向电阻随激光位置变化图。
[0027]图10显示为本发明的一种光场探测元件中半导体衬底的电阻随激光位置变化图。
[0028]图11显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层、纵向和半导体衬底的电阻对比图。
[0029]图12显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层A、B两点之间的距离和半导体衬底上E、F两点之间的距离与电阻率的变化关系图。
[0030]图13显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层A、B两点之间的距离和半导体衬底上E、F两点之间的距离与电阻率的变化关系图。
[0031]图14显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层厚度与电阻率的变化关系图。
[0032]图15显示为本发明的一种光场探测元件中Ti金属薄膜层厚度为50nm时的电阻随激光位置变化图。
[0033]图16显示为本发明的一种光场探测元件的氧化物层的厚度为138nm时的光致电阻效应图。
[0034]图17显示为本发明的一种光场探测元件在光存储器中应用示意图。[0035]元件标号说明
[0036]I光场探测元件
[0037]11半导体衬底
[0038]12金属薄膜层
[0039]13氧化物层
[0040]14挡光层
[0041]15透光孔
[0042]16第一电极
[0043]17第二电极
[0044]18第一电极引线
[0045]19第二电极引线
[0046]2光存储器
[0047]3光照
[0048]L1偏置电压为正时Ti金属薄膜层上的光致电阻效应曲线
[0049]L2偏置电压为负时Ti金属薄膜层上的光致电阻效应曲线
[0050]L3偏置电压为正时纵向电阻随激光位置变化曲线[0051 ]L4偏置电压为负时纵向电阻随激光位置变化曲线
[0052]L5偏置电压为正时半导体衬底上的电阻随激光位置变化曲线
[0053]L6偏置电压为负时半导体衬底上的电阻随激光位置变化曲线
【具体实施方式】
[0054]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0055]请参阅图1至图17。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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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。
[0056]本发明提供一种光场探测元件，根据激光照射金属薄膜层产生的光致电阻效应，可以用电阻变化表示存储单元有光和无光两种状态，电阻随激光照射位置变化的空间分辨率非常高，因而本发明的光光场探测元件可以显著提高光存储器的密度。以下将详细阐述本发明的一种光场探测元件的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种光场探测元件。
[0057]如图1所示，本发明提供一种光场探测元件，所述光场探测元件I包括:半导体衬底11 ;形成于所述半导体衬底11上的氧化物层13 ;形成在所述氧化物层13上的金属薄膜层12 ;形成在所述金属薄膜层12上的挡光层14, 所述挡光层14的一端设有透光孔15 ;分别设置在所述金属薄膜层12两端的第一电极16和第二电极17 ;分别与所述第一电极16和第二电极17连接的第一电极引线18和第二电极引线19。[0058]所述半导体衬底11可以从S1、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~lmm,具体在本实施例中选取所述半导体衬底11的厚度为0.28mnT0.32mm ;电阻率在室温下为50 Q ? cnT80 Q.cm。同时具体地,在本实施例中，所述半导体衬底11的长宽为20mmX 5mm,厚为0.3mm。
[0059]所述氧化物层13为氧化物半导体层或金属氧化物层，在本发明中，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。一般所述氧化物层13的厚度可以选取为0.1nm~138nm。由于通常半导体衬底11的表面覆盖了一层天然的SiO2氧化物层，所以在本实施例中，就具体选用SiO2氧化物层，所述氧化物层13的优选厚度范围为1.0nnTl.5nm，具体地，在本实施例中，控制SiO2氧化物层的厚度为
1.2nm。
[0060]一般所述金属薄膜层12的厚度可以为lnnT50nm，相对优选地，所述金属薄膜层12的厚度范围为4.0nnT9.0nm。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T1、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。在本实施例中，所述金属薄膜层12具体为Ti金属薄膜层。
[0061 ] 所述Ti金属薄膜层采用的是高纯的Ti靶材制备，所述Ti金属薄膜层的厚度范围为4.0nnT9.0nm,通过对不同厚度的Ti金属薄膜层的测试,确定在本实施例中，所述Ti金属薄膜层的厚度具体选为6.2nm，因为所述Ti金属薄膜层的厚度为6.2nm时，Ti/Si02/Si能显示出最好的光致电阻效应(后面将详细说明)。
[0062]在所述Ti金属薄膜层形成在所述SiO2氧化物层上之后，在所述Ti金属薄膜层的两端分别制作第一电极16和第二电`极17，所述的第一电极16和第二电极17采用金、银、铝、铜、钼、铟或锡金金属材料，制成一个点或是一条线。具体地，在本实施例中，所述第一电极16和第二电极17由铟金属材料形成的铟点，所述铟点的尺寸都应小于lmm。此外，在形成铟点的过程中，铟点形成时第一电极16与第一电极引线18相连，另一个铟点形成时第二电极17和第二电极引线19相连。
[0063]为了说明本发明的原理及性能，在所述金属薄膜层12上制作挡光层14之前，先测量金属薄膜层的光致电阻效应。
[0064]测量在Ti金属薄膜层上的光致电阻效应，如图2至图7所示。在测量中，选取所述Ti金属薄膜层的厚度为6.2nm，此时，所述Ti金属薄膜层具有原电阻1.3MQ (R0),选取第一电极16 (图中A所示的位置)和第二电极17 (图中B所示的位置)之间的距离为2.6mm，激光的功率为3Mw，激光的波长为632nm。
[0065]用电压表连接第一电极引线18和第二电极引线19，以测量所述Ti金属薄膜层是否可以导通，然后，打开激光器，将激光直接照所述Ti金属薄膜层上。
[0066]如图2至图4所示，当测量的偏置电压为负时，即第一电极16的电压为负(A-)，第二电极17的电压为负(B+)。当激光照在第二电极17 (图中B+位置)时，所述Ti金属薄膜层的电阻相对于原电阻Rtl (图4中所示)会增加到2.2MQ (图2中所示R_)，当激光照在第二电极17 (图中A-位置)时，所述Ti金属薄膜层的电阻相对于原电阻Rtl (图4中所示)会下降到0.2MQ (图3中所示RminX电阻改变率为:A=( (Rmax-RminVRmin) X 100%，在这种情况下，本光场探测元件I中的电阻改变率Λ达到1000%，和没有激光照射时的所述Ti金属薄膜层的原电阻Rtl相比，电阻呈现出极性，我们把极性方向定义为Rmax到Rmin,即电阻的极性可以表达为B到Α。
[0067]如图5至图7所不，当偏置电压由负变正时，即第一电极16的电压为负(Α+),第二电极17的电压为负(B-)。当激光照在第二电极17 (图中B-位置)时，所述Ti金属薄膜层的电阻相对于原电阻Rtl (图7中所示)会下降到0.2ΜΩ (图5中所示Rmin)，当激光照在第一电极16 (图中A+位置)时，所述Ti金属薄膜层的电阻相对于原电阻Rtl (图7中所示)会增加到2.2ΜΩ (图6中所示Rniax)。同样，在这种情况下，本光场探测元件I中的电阻改变率达到1000%，和没有激光照射时的所述Ti金属薄膜层的原电阻Rtl相比，电阻呈现出极性，我们把极性方向定义为Rmax到Rmin,即电阻的极性可以表达为A到B。
[0068]这样一来，我们得到了具有双极性特性的电阻效应(A到B和B到A)，这称之为光致电阻效应。进一步的，通过调节激光在第一电极16点和第二电极17之间的位置，电阻可以在最大值Rmax和最小值Rmin之间变化。显现出典型的二极管特性，和传统的二极管相比，它具有一个很明显的优势，即二极管的导通方向可以通过激光的操控来改变，即它可以作为光控的二极管。
[0069]本发明的光场探测元件I的形状和光存储器的一个存储单元一致。一个存储单元有两种状态，有光和无光。假设光场探测元件I加上正向偏压，电阻极性方向Rmax到1?_。如果光场探测元件I的金属薄膜层12表面都被遮挡住，只留B点处透光，因为B点处透光，所以此时，电阻为Rmin,当激光照射在处B点以外的其它位置由于其它位置都为无光区域，电阻为R0,将光信号转化为电信号，这两种状态就能用来表示二进制的O和I。
[0070]如图8所示，显示为本发明的一种光场探测元件I中Ti金属薄膜层的电阻随激光位置变化图，其中包含偏 置电压为正时Ti金属薄膜层上的光致电阻效应曲线L1和偏置电压为负时Ti金属薄膜层上的光致电阻效应曲线L2。从图8中，我们可以很明显的看出，Ti金属薄膜层的电阻总是显现出和激光点位置呈线性的关系。无论偏置电压是正是负，电阻随激光点位置变化的空间分辨率都能高达0.77ΜΩ/_(相当于0.77 Ω /nm)。这意味着即使是很小的激光位移也能导致巨大的电阻变化，利用这个特性，许多光敏电光器件可以被设计出来，比如高灵敏度的光控变阻器。同时，很小的激光位移也能导致巨大的电阻变化也说明电阻随激光照射位置变化的空间分辨率非常高，因而本发明的光场探测元件I可以显著提高光存储器的密度。
[0071]此外，在本发明中，分别测量了纵向电阻Rm和半导体衬底11的电阻Ref随激光点位置的变化，如图9和图10所示，分别显示为本发明的一种光场探测元件I纵向电阻随激光位置变化图和半导体衬底11的电阻随激光位置变化图，其中E和F两点间的距离与A和B之间的距离相同，都为2.6mm，C对应第一电极16，C’对应第二电极17，C为C’点和C’点的中间位置点山’、0”和0分别与(:’、(:’和C相对应出和？两点分别与0’和D”相对应。
[0072]图9中包含偏置电压为正时纵向电阻随激光位置变化曲线L3和偏置电压为负时纵向电阻随激光位置变化曲线L4。从图9中，我们可以明显看出，无论我们用的是正偏置电压还是负偏置电压，当激光点远离C点时，纵向电阻Rm总是增加。这意味着这种结构中的纵向电阻不具有光致电阻效应。
[0073]图10中包含偏置电压为正时半导体衬底11上的电阻随激光位置变化曲线L5和偏置电压为负时半导体衬底11上的电阻随激光位置变化曲线L6，从图10中，我们可以明显看出，当激光在E和F两点间移动时，半导体衬底11上的原电阻(为8KQ )会增加到最大值
9.5KQ，也会减小到最小值6.5K Q，这意味着半导体衬底11上也有光致电阻效应。和Ti金属薄膜层的光致电阻效应相比，半导体衬底11有一个很小的非线性区。除此之外，半导体衬底11上的电阻变化率(A EF=46%)要比Ti金属薄膜层的电阻变化率(A AB=1000%)要小的多。图11显示为本发明的一种光场探测元件I中Ti金属薄膜层、纵向和半导体衬底11的电阻对比图。
[0074]如图12至图14所示，为了更好的获得光致电阻效应，我们还探测了 Ti金属薄膜层上第一电极16和第二电极17之间的距离、半导体衬底11上两个电极之间的距离、Ti金属薄膜层以及激光功率对光致电阻效应的影响。
[0075]图12显示为本发明的一种光场探测元件I中Ti金属薄膜层A、B两点(如图8所示)之间的距离和半导体衬底11上E、F两点(如图10所示)之间的距离与电阻率的变化关系图。如图12所示，我们很清楚的可以看到，AB (或EF)两点之间的距离越小，越可以得到一个大的电阻变化率。
[0076]如图13所示，显示为本发明的一种光场探测元件I中Ti金属薄膜层上A、B两点(如图8所示)之间的距离和半导体衬底11上E、F两点(如图10所示)之间的距离与电阻率的变化关系图。从图13中看到，电阻会随着激光功率的增大而增大，然后很容易趋于饱和。这意味着很小的激光功率就可以得到一个很明显的光致电阻效应。
[0077]如图14所示，显示为本发明的一种光场探测元件I中Ti金属薄膜层厚度与电阻率的变化关系图。从图14中我们可以看到，Ti金属薄膜层和半导体衬底11的光致电阻效应都对Ti金属薄膜层的厚度非常敏感。实际上，在金属薄膜层12的厚度在lnnT50nm内都可以探测到光致电阻效应。
[0078]如图15所示，图15显示为Ti金属薄膜层的厚度为50nm时的光致电阻效应图。理论上，金属薄膜层12在大于50nm的厚度也是可以探测到光致电阻效应，但是在金属薄膜层12厚度过大时，光致电阻效应相对没有那么明显，根据本发明中光场探测元件I的厚度需要以及光场探测元件I的性能考虑，不需要做太厚的光响应层(即金属薄膜层12)。从图14中可以看出，当Ti金属薄膜层的厚度远离其最佳厚度6.2nm时，光致电阻效应会减小。这意味着一个合适的金属厚度对于获得大的光致电阻效应是至关重要的。
[0079]此外，一般所述氧化物层13的厚度可以选取为0.1nm?138nm。实际上，在氧化物层13的厚度在0.lnnTl38nm内都可以探测到光致电阻效应。如图16所示，图16显示为氧化物层13的厚度为138nm时的光致电阻效应图。理论上，氧化物层13在大于138nm的厚度也是可以探测到光致电阻效应，但是在氧化物层13厚度过大时，光致电阻效应相对没有那么明显，根据本发明中光场探测元件I的厚度需要以及光场探测元件I的性能考虑，不需要做太厚的氧化物层13。
[0080]此外，我们还探测了激光波长对光致电阻效应的影响，测量结果如表I所示，表I是光致电阻效应与激光波长之间的关系。
[0081]表I
[0082]
【权利要求】
1.一种光场探测元件，其特征在于，包括: 半导体衬底； 形成于所述半导体衬底上的氧化物层； 形成在所述氧化物层上的金属薄膜层； 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所述的光场探测元件，其特征在于:所述金属薄膜层的厚度为lnm?50nmo
3.根据权利要求2所述的光场探测元件，其特征在于:所述金属薄膜层的厚度范围为4.0nm?9.0nm0
4.根据权利要求1、2或3所述的光场探测元件，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所述的光场探测元件，其特征在于:所述单一金属为T1、Co或Cu。
6.根据权利要求1所述的光场探测元件，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。
7.根据权利要求6所述的光场探测元件，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；所述金属氧化物层为TiO2氧化物层。
8.根据权利要求1、6或7所述的光场探测元件，其特征在于:所述氧化物层的厚度范围为 0.lnm?138nm。
9.根据权利要求8所述的光场探测元件，其特征在于:所述氧化物层的厚度范围为1.0nm?L 5nm。
10.根据权利要求1所述的光场探测元件，其特征在于:所述的第一电极和第二电极采用金、银、铝、铜、钼、铟或锡金金属材料，制成一个点或是一条线。
11.根据权利要求1所述的光场探测元件，其特征在于:还包括形成在所述金属薄膜层上的挡光层，所述挡光层的一端设有透光孔。
12.一种根据权利要求1至11任一项所述的光场探测元件的应用，其特征在于，用于制备光控二极管。
13.一种根据权利要求1至11任一项所述的光场探测元件的应用，其特征在于，用于制备光控变阻器。
【文档编号】G11C13/04GK103680607SQ201210320312
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月31日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】王辉, 俞崇祺, 黄旭 申请人:上海交通大学