[发明专利]薄电子探测器中的反向散射降低

说明书

技术领域

本发明涉及改进在用于透射电子显微术的电子探测器中的分辨率。

背景技术

在90年代早期，为了可见光的探测而发明了CMOS单片有源像素传感器（MAPS）。因为在CMOS技术中的不断的改进，所以在商业数字照相机和科学应用中，CMOS传感器正在变成主要的图像感测装置。

首先对于粒子物理学并且然后对于其它应用诸如透射电子显微术，还作为带电粒子探测器提出并且示范了CMOS MAPS。在透射电子显微镜（“TEM”）中的电子能量通常从大约100keV至大约500keV变动。TEM通常使用电荷耦合装置（“CCD”）探测器，该探测器被高能电子损坏。为了防止损坏CCD探测器，TEM探测器包括闪烁器，该闪烁器将电子转换成光，然后由CCD探测所述光。介入的闪烁器降低了探测器的分辨率。CMOS MAPS能够被用作带电粒子的直接探测器，即，CMOS MAPS是更加稳健的并且能够直接地探测电子。

CMOS MAPS能够提供良好的信噪比、高分辨率和高敏感性，并且相对于使用闪烁器的当前CCD技术是显著的改进。CMOS MAPS包括在更厚的基板之上的、薄的外延层。基本上全部的探测均在外延层中发生，该外延层提供了探测部（volume）。对于电子探测器的一个问题在于：被从在探测器部下面的基板反向散射的电子能够返回到探测器部中，从而随机地增加信号并且在多个像素之上分散该信号。如果能够防止电子反向散射，则能够改进CMOS MAPS的性能。一种降低反向散射的已知方法是使在探测器部下面的基板变薄，这被称作反向薄化（backthinning）。高能电子然后更加可能完全地通过变薄的基板而不反向散射。CMOS APS的、百分之九十的硅基板并不对探测器的性能作出贡献，但是基板的确对降低信噪比并且使图像模糊的反向散射作出贡献。

图1示出在300μm厚的硅传感器104中的300keV初级电子102的散射的Monte Carlo（蒙特卡洛）模拟。迹线106代表如由该模拟确定的、不同的可能的电子轨迹。个体电子遵循的轨迹是偶然地确定的。示出了电子能够遵循的很多可能的轨迹中的、仅仅少数几条轨迹。在顶表面下面大约35μm处绘制了线条108，35μm是典型的传感器可以被反向薄化于此的深度。传感器的敏感部是大致5μm到20μm厚的顶层110。

迹线106示出当传感器未被反向薄化时的电子轨迹。迹线116示出某些电子在传感器104内被散射回到敏感顶层110中。这种被反向散射的电子通过产生外来信号而降低了传感器的分辨率，所述电子中的很多电子远离初级电子102的冲击点。利用被反向薄化至线条108的传感器，相对很少的电子在变薄的基板内被反向散射到敏感顶层110，因此传感器的分辨率得以改进。在厚传感器中，能够在离初级电子102的冲击点的大距离处产生相当大的信号。薄传感器因此能够大大地改进探测器性能。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于改进的电子探测的照相机。

本发明的实施例通过降低被反向散射的电子的影响而提供改进的照相机性能。通过薄传感器的电子可以仍然具有足以被从在传感器下面的材料散射回到传感器中并且降低探测器信号的能量。某些实施例移除了在薄探测器基板下面的某些或者全部材料以防止将电子散射回到探测器部中。某些实施例提供在传感器下面的结构，该结构防止电子反向散射到探测部中。这种结构能够通过结合在防止电子到达传感器的方向上散射电子的几何形状；通过具有低的反向散射系数；或者通过组合几何形状和材料性质而防止反向散射到探测部中。

前面已相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点从而随后的本发明的详细描述可以得到更好的理解。将在下文中描述本发明的另外的特征和优点。本领域的技术人员应该理解，可以容易利用所公开的概念和具体实施例作为用于修改或者设计用于执行本发明相同意图的其它结构的基础。本领域的技术人员还应该意识到，这种等价构造并不偏离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更加彻底地理解本发明及其优点，现在对结合附图所进行的以下说明进行参考，其中：

图1示出在硅电子探测器中的300keV电子踪迹的Monte Carlo模拟。

图2示出通过传感器并且从比较靠近传感器底部的材料反向散射的电子的几条可能的轨迹。

图3示出通过传感器并且从在传感器底部下面比较远的材料反向散射的电子的几条可能的轨迹。