CN105384142A - 改进的辐射传感器及其在带电粒子显微镜中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及改进的辐射传感器及其在带电粒子显微镜中的应用。一种包括层状结构的像素化CMOS辐射传感器(例如在4T钉扎光电二极管器件中)，该层状结构包含：-p型Si基底；-所述基底内的n掺杂区域；-p+掺杂钉扎层，覆盖所述n掺杂区域；-SiOx层，覆盖所述p+掺杂钉扎层并且用作金属前介质层或者金属间介质层；其中硼薄膜沉积在所述p+掺杂钉扎层和所述SiOx层之间。这样的(纯)硼薄膜的应用用于将漏电流降低一个或者多个数量级。甚至相对薄的硼薄膜(例如，厚度为1-2nm)能够产生这种效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括层状结构的像素化CMOS(互补型金属氧化物半导体)辐射传感器，该层状结构包含：
-p型Si基底；
-所述基底内的n掺杂区域；
-p+型掺杂钉扎层，覆盖所述n掺杂区域；
-SiOx层，覆盖所述p+掺杂钉扎层并且用作金属前介质(Pre-MetalDielectric)层或者金属间介质(Inter-MetalDielectric)层。
本发明还涉及一种带电粒子显微镜，包括：
-样品夹具，用于夹持样品；
-源，用于产生带电粒子束；
-粒子光学镜筒，用于引导所述束以辐照样品；
-探测器，用于探测响应于所述辐照从样品发出的辐射，该探测器包含以上阐述的传感器。
背景技术
带电粒子显微术，尤其是电子显微术的形式，是一种用于微观物体成像的公知且日益重要的技术。在历史上，电子显微镜的基本类型已经历演变为许多公知的设备种类，诸如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)，并且还演变为各种亚种，诸如所谓的“双束”设备(tool)(例如FIB-SEM)，其另外采用了“机械加工”的聚焦离子束(FIB)，从而允许诸如例如离子束铣削或者离子束诱导沉积(IBID)的支持活动。更具体地：
-在SEM中，扫描电子束辐照样品促进例如以二次电子、背散射电子、X射线和光致发光(红外线、可见和/或紫外线光子)的形式从样品发出“辅助性”辐射；发出辐射的该通量的一种或多种分量然后被探测并用于图像累积的目的。
-在TEM中，选择用于辐照样品的电子束具有足够高的能量以穿透样品(为此，该样品通常将比在SEM样品的情况下更薄)；从样品中发出的透射电子的通量然后能够被用于创建图像。当这样的TEM以扫描模式操作(因此成为STEM)时，所述的图像将在辐照电子束的扫描运动期间被累积。如果需要的话，STEM中的影像也能够以与SEM中的相同的方式产生，即通过收集从样品发出的辅助性辐射来产生。
关于这里阐明的一些主题的更多信息例如可以从下面的维基百科链接收集：
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
作为使用电子作为辐照束的替代方案，带电粒子显微术还可以使用其他种类的带电粒子来执行。在这方面，短语“带电粒子”应该被广泛地解释为涵盖例如电子、正离子(例如Ga或者He离子)、负离子、质子和正电子。关于基于离子的显微术，一些进一步信息可以从诸如下面的来源收集：
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
-W.H.Escovitz，T.R.Fox和R.Levi-Setti的ScanningTransmissionIonMicroscopewithaFieldIonSource，Proc.Nat.Acad.Sci.USA72(5)，第1826-1828页(1975).
应当注意的是，除了成像以外，带电粒子显微镜(CPM)还可以具有其他功能，诸如执行谱分析、检查衍射图、执行(局域)表面改性(例如铣削、刻蚀、沉积)等。
在所有情况下，带电粒子显微镜(CPM)将至少包括下面的部件：
-辐射源，诸如肖特基(Schottky)电子源或者离子枪；
-粒子光学镜筒，用于操纵来自源的“原始”辐射束，对该辐射束执行诸如聚焦、像差矫正、裁切(使用孔径)、过滤等之类的某些操作，并且然后因此辐照(照射)选定的样品。粒子光学镜筒通常将包括一个或多个带电粒子透镜，并且也可以包括其他类型的粒子光学部件。如果需要的话，它可以配备有能够被调用以使其出射束执行跨被研究样品的扫描运动的偏转系统。在TEM/STEM和透射型离子显微镜的情况中，将在样品“下游”定位第二粒子光学镜筒，用作将透射带电粒子成像到荧光屏和/或探测器上的成像系统。
-样品夹具，在该样品夹具上能够夹持或者定位(例如倾斜、旋转)研究中的样品。如果需要的话，该样品夹具能够被移动以便执行辐照束相对于样品的扫描运动。通常，这样的样品夹具将被连接到诸如机械平台之类的定位系统。
-探测器，取决于被探测的辐射，在性质上可为单一的或者复合的/分布的，并且能够采取许多不同形式。例如，示例包括光电倍增管(包括固态光电倍增管(SSPM))，光电二极管，CMOS探测器，CCD探测器，光伏电池等，其还可以例如与闪烁薄膜结合使用。典型的CPM可以包括若干探测器(通常具有不同的类型)并且这样的探测器的质量、精度和可靠性对CPM的性能具有很大的重要性。
在下文中，本发明可以通过示例的方式有时以电子显微镜的特定上下文来阐述。然而，这样的简化仅旨在用于清楚/说明的目的，并且不应当解释为限制。
在以上起始段落中阐述的传感器从所谓的4T(四晶体管)CMOS传感器设计是已知的。这样的传感器中的每一个像素包括四个晶体管，该四个晶体管与具有上述层状结构的所谓钉扎发光二极管配合使用。例如参见下面的参考文献：
http://fairchildimaging.com/files/spie_7021-2-pre-print.pdf
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp？amumber＝6742594
http://harvestimaging.com/pubdocs/125_2008_SSE_CMOS_overview.pdf
在这样的层状结构中：
-(非本征的)p型基底能够通过用p型掺杂剂(诸如例如硼)对(本征的)Si基底进行适当地掺杂来实现。这例如能眵通过在Si晶锭(晶体)生长期间持续添加(气相)掺杂剂来完成。
-n掺杂区域例如可以通过将磷离子(或者其他五价元素离子)注入到p型Si基底的部分中来创建。例如，针对这样的注入的典型浓度为约1015-1017个原子/cm3，并且区域本身可以具有例如约0.3-1.0μm量级的深度。横向尺寸将非常依赖于有关器件的细节，但是约1-10μm量级的尺寸是可能的/典型的。
-p+掺杂钉扎层可以通过将硼离子(或者其他三价元素离子)注入到底层结构的部分中来创建。例如，这样的层中的典型掺杂剂浓度可以为约1017-1019个原子/cm3，并且该层本身可以具有至少50nm(典型地为50-150nm)的量级的深度。本领域技术人员将熟悉钉扎层的概念，但是如果需要的话，关于该主题的更多信息例如能够从以下文章来收集：V.Goiffon等人的RadiationEffectsinPinnedPhotodiodeCMOSImageSensors：PixelPerformanceDegradationduetoTotalIonizingDose，IEEETransactionsonNuclearScience59(6)，第2878-2887页(2012)，ISSN0018-9499：
http://core.ac.uk/download/pdf/12044005.pdf
-SiOx层例如可以包括SiO和/或SiO2，并且SiOx层的厚度例如将典型为至少1μm(例如1-2μm)的量级。例如，可以使用与后端CMOS处理兼容的低温CVD(化学气相沉积)来沉积SiOx层。该SiOx层可起到金属前介质(PMD)[金属层之下]或者金属间介质(IMD)[两个金属层之间]的作用，尤其用于使所述(一个或多个)金属层电隔离并阻碍由于沉积/处理(一个或多个)金属层而造成的可能的杂质迁移。PMD或IMD有时被统称为层间介质(ILD)。本领域技术人员将熟悉PDM/IMD/ILD的概念，但是如果需要的话，关于该主题的更多信息例如能够从以下书籍来收集：T.K.Gupta的CopperInterconnectTechnology，Springerpublishers(2009)，具体见第2章：
http://www.researchgate.net/publictopics.PublicPostFileLoader.html？id＝54562576d2fd648d208b467b&key＝fcd067fe-6781-418f-9c77-dd10974298bb
在典型的像素化CMOS光电二极管中，要寻址/读取当前像素阵列——在每对金属层之间具有IMD并且在堆叠的底部处具有PMD，若干图案化金属层(例如3、4或者5层)将经常是必要的。在这样的结构中，PMD+(一个或多个)IMD的累计厚度例如可以处在3-6μm范围内。
关于术语“光电二极管”中的前缀“光电”，这不应该被解释为指示仅能够探测光子的器件；而是，该术语(遍及该文本使用)旨在指示更为通用的器件，其能够响应于截取各种类型的粒子辐射(光子、电子、离子等)而生成电信号。通常不需要使用中间结构(诸如闪烁层)来将非光子辐射转换为光子辐射。关于这里提到的一些主题的更多信息，可参考下面的维基百科链接：
http://en.wikipedia.org/wiki/Extrinsic_semiconductor
http://en.wikipedia.org/wiki/Doping％28semiconductor％29
虽然这种类型的传感器被广泛用于探测各种类型的粒子辐射(诸如光子、电子和离子)，但是它们具有诸多缺点。特别地，这样的传感器能够展示相对大的“漏电流”或者“暗电流”，其实际上是在没有辐射输入通量情况下的寄生传感器输出。这样的漏电流可能是有问题的，许多原因如下：
-如果该漏电流相对于传感器产生(当传感器探测辐射时)的典型“亮电流”值过大，则传感器的动态范围能够受损失。在严重的情况下，漏电流可以实际上使传感器饱和，以致传感器不能够产生任何有用的探测输出。
-它要求传感器被校准，由此测量该漏电流，并且其值从传感器的输出电流中减去。然而，该漏电流并不一定展示线性行为，因此基本上需要在“每次测量”的基础上进行重新校准，由此成对进行“亮框(brightframe)”和“暗框(darkframe)”的测量，并且每次从前者中减去后者。这显然需要损失处理率。
下述事实使这些问题更复杂：相对于未经辐照的参考“原始(virgin)”传感器，漏电流趋向根据传感器被暴露到的累积辐射剂量而增大。因此，传感器趋向随着使用(相对于漏电流)而老化，由此潜在地限制了传感器的有效性/可用寿命。
发明内容
本发明的目的是解决这些问题。特别地，本发明的目的是提供如以上描述的传感器，其与现有技术的传感器相比，受漏电流行为影响的程度降低。更具体地，本发明的目的是，这样的传感器应当展示改进的辐射硬度，特别在于它响应于给定的辐射剂量而遭受更少(并且优选地没有)漏电流的增加。
在上面起始段落中阐述的传感器中能够实现这些及其他目的，特征在于硼薄膜沉积在所述p+型掺杂钉扎层和所述SiOx层之间。
在导致本发明的实验中，发明人寻求研究是以上提到的漏电流产生的原因的机制。看起来是传感器的(掺杂)Si底层和SiOx重迭层之间的基本结构的差异在该现象中起作用。更特别地，Si和SiOx之间的界面区中晶格失配导致晶格缺陷——更具体地形式为未与最佳数目的邻近原子结合的Si原子，从而导致悬键的出现。这些悬键充当能够捕获电荷载流子的复合/生成中心，并且随着漏电流流动的伴随生成而相应地扰乱器件中的电荷载流子的整体平衡。通常，氢被用在CMOS器件中以试图钝化Si/SiOx界面。典型地，当这样的装置在探测执行期间被辐照时，入射的辐射粒子趋向于(再次)创建悬键(尤其在H钝化的Si/SiOx界面的情况下通过扰乱Si-H键)——一旦辐照停止时允许载流子捕获和漏电流生成的整个过程再发生。面对这种现象，发明人进行了各种实验，在各种实验中他们最终观察到在Si和SiOx的晶格之间应用硼薄膜将使前述复合/生成中心被硼原子占据，并且这基本上是稳定的、永久的占据，其在传感器被辐照时不一同地消失。硼原子对这样的中心的稳定占据(伴随着关联的悬键的消失)意味着它们不再能够充当载流子陷阱，具有产生的漏电流的显著减小——典型地减小一个或多个数量级。
除了前面段落中阐述的效果以外，发明人还得到如下的另外发现。当离子辐射穿过SiOx层时，通常形成电子-空穴对。电子典型地具有相对高的迁移率，并且它们将被最近的正偏置电极收集；然而，空穴趋向于具有很低的迁移率(比电子的迁移率低数个数量级)，并且能够陷在氧化物中达一时间间隔，取决于创建电荷的位置和有关的氧化物层的厚度，该时间间隔能够从数秒变化到许多年。氧化物越厚，空穴趋向于被困的时间就越长，并且该效应能够在SiOx层中导致半永久性的正电荷的形成。光电二极管之上的SiOx中的这样的正电荷趋向于使沿着Si/SiOx界面的有效掺杂降低。辐射剂量越高，这种现象就变得越显著，从而使钉扎层(p+掺杂层)失效。本发明的硼薄膜通过将钉扎层进行“屏蔽”而使其免于上面提到的重迭SiOx层(或这样层的堆叠)中的空间电荷效应来抵消这种效应。
如以上陈述的，相对薄的硼薄膜(例如1-2nm)足够产生所寻求的发明效果。原则上，更厚的层是可能的，但是发明人观察到相对薄的硼薄膜能够展示更有利的性质。例如，硼与金属诸如Al、Ga、In和Tl一起出现在元素周期表的列III中；然而，硼本身是具有介于金属和非金属的元素之间的性质的准金属。通过将发明的传感器中的硼薄膜保持薄的，发明人观察到硼薄膜的行为迁移(进一步)远离金属行为并且移向半导体行为。这能够产生一些意外的结果：例如，可能认为在钉扎光电二极管结构中的发明的硼薄膜的存在会产生类似肖特基的行为，但是令人吃惊地，正常的二极管行为被维持。应当注意的是，原则上，本发明允许小于1nm的硼薄膜的厚度，尽管这样的薄膜可能更加难以以封闭/邻接的形式(而不是岛状物的拼凑物)来沉积。
应当注意的是，在当前正文提到“硼薄膜”时，应当被解释为指示主要(或者全部)由硼原子组成的薄膜。实际上，这样的薄膜可以包括相对少量的杂质/间隙原子，但是少数外来原子的存在仍然落入标示“硼薄膜”的范围内。任何情况下，本领域技术人员将清楚这里提到的硼薄膜对于硼掺杂层是非常不同的实体，在该硼掺杂层中硼原子作为少量杂质被引入到其他多数原子的层中。
在本发明的实施例中，使用化学气相沉积(CVD)来沉积所用的硼薄膜。这例如可以通过使用B2H6和H2的混合物作为前驱气体来实现。CVD(包括其各种混合，诸如PECVD等)是有利的，在于其能够用于以非常可控的方式生产薄的、均匀的薄膜(例如，与溅射相反，溅射趋向于经由在通常不太可控的工艺中融合岛状物来生长层)。可以用来生产本发明的特征硼薄膜的其他沉积技术包括例如分子束外延(MBE)和原子层沉积(ALD)。
关于CVD、MBE和ALD的一些一般信息，可参考下面的维基百科链接：
http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_vapor_deposition
http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_beam_epitaxy
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_layer_deposition
本发明的传感器特别适合于每个像素包括(至少)4个晶体管的设计。例如，这些包括所谓的4T、5T和6T设计。然而，原则上，本发明也可以应用于其他体系结构，诸如例如3T设计。
应当注意的是，不要将本发明的结构和性质与可能看起来类似但事实上非常不同的现有技术的描述混淆。例如：
(a)在US2010/203667A1中，块体晶体晶格损伤(“位移损伤”)出现在器件制造期间，尤其是作为离子注入过程的结果而出现。这种损伤通过在制造期间应用快速热退火(RTA)使晶格驰豫回到其标称的几何结构来解决。没有使用依据本发明的硼薄膜。也没有提到使用器件探测辐射中的后制造(post-manufacture)造成的离子损伤。该现有技术文献的RTA过程不能用来解决后制造传感器中的离子损伤，因为退火过程中涉及的温度(～800-1200℃)会损伤完成/封装的传感器的许多部件。
(b)在Agata等人的Boron-layersiliconphotodiodesforhigh-efficiencylow-energyelectrondetection，SolidStateElectronics65(2011)，第38-44页，ISSN0038-1101的文章中，薄的硼层用作光电二极管中的入射窗口(顶层)和阳极。与本发明不同，该现有技术的硼层不被厚的ILD氧化物层覆盖；这是合乎逻辑的，因为这样的氧化物层会吸收低能量电子，该低能量电子是这篇现有技术文献所要探测的。这篇现有技术文献中的存在于硼层之上的任何薄膜必要地是很薄的，并且起着保护、吸收体或者填充物薄膜的作用。该现有技术的硼层仅用于减少由于界面陷阱引起的暗电流增加：该硼层不(并且不能够)用于解决覆盖的厚氧化物层中辐射诱导的固定正电荷的影响，因为该硼层不具有这样的层。事实上，的文章通过规定其隔离的氧化物层必须不被暴露到辐射而明确指出偏离本发明。
(c)EP2346094A1中的器件与文献(b)中的器件相似。硼层被SiO2层覆盖，该SiO2层很薄(厚度约为10-200nm)以便最小化死层厚度。再一次，相对低能量的辐射被探测，并且(因此)没有提到在所述氧化物层中的辐射损伤。
(d)在WO2014/067754A2中，硼层沉积在p型硅外延层而不是p+掺杂钉扎层上。然后，该硼层被二氧化硅层覆盖，该二氧化硅层作为(纳米)薄的抗反射涂层而不是(微米)厚的ILD。因为该二氧化硅层是如此之薄(特定要求，用以能够实现隧穿)，所以没有固定的正电荷的形成将出现在该层之中。如以上的情况(b)那样，该硼层因此仅用作免于界面陷阱的辐射硬化物(hardener)，并且不解决厚的覆盖氧化物中的正电荷形成；事实上，文献(d)中的器件不能够用这样的厚氧化物工作，因为其会阻碍所述器件依赖的隧穿效应。
一般而言，应当记得的是，产生于薄氧化物覆盖层中的正电荷将相对迅速地消散，使得它们典型地趋向于引起相对少的关注。另一方面，在厚ILD氧化物层中的正电荷将趋向于持续一段更长得多的时间，并且因此将需要被有效地解决。当若干这样的层与插入的金属层堆叠在交错的夹层结构中时，这种情况就进一步加剧，因此导致甚至更大的累积的氧化物厚度。对于高能量入射辐射，例如典型地在TEM中使用的电子(例如，具有高达300keV的能量)和从CPM中的被辐照的样品发射的X射线(并且例如在EDX(X射线能量散射谱)研究中使用)，该问题变得甚至更大的问题。
附图说明
现在，本发明将在示例实施例和附带的示意图的基础上进行更加详细地阐释，在附图中：
图1表示依据本发明的像素化CMOS辐射传感器的实施例的部分的横截面图。
图2描绘针对典型的4T(四晶体管)CMOS传感器设计的电路图。
图3表示在暴露到给定的高能量电子剂量之后，依据现有技术(方形)和本发明(三角形)的测试辐射传感器的漏电流-施加电压的图表。
图4表示其中能够采用依据本发明的辐射传感器的带电粒子显微镜的纵向横截面图。
在附图中，其中相关、相应的部分使用相应的附图标记来指示。应当注意的是，通常附图不是成比例的。
具体实施方式
实施例1
图1表示依据本发明的像素化CMOS辐射传感器3的实施例的部分的横截面图。图中所描绘的层状结构包括以下部分/方面：
5：p型Si基底，例如掺杂有少量B的Si晶体。
7：p型基底5内的n掺杂区域。
9：(至少部分)覆盖n掺杂区域7的p+掺杂层(“钉扎层”)。
11：(至少部分)覆盖p+掺杂层9的SiOx层。
13：沉积在p+掺杂层9和SiOx层11之间的硼薄膜。
组件5-13组成钉扎光电二极管结构PD。在这种类型的现有技术结构中，没有硼薄膜13，并且层11直接位于层9的顶上。
在图的右边，一些辅助结构是可见的，该辅助结构将在下面的实施例2/图2的上下文中更好理解。特别地，描绘了转移栅极晶体管TX，其包括下面(附加的)部分/方面：
15：n掺杂浮置扩散层。
17：栅极氧化物层。
19：多晶硅层。
21：所谓的间隔部(spacer)，例如包括SiN(氮化硅)。
使用时，辐射(诸如例如电子、光子或者离子流)将撞击到SiOx层11上。如以上阐述的，结构9和11之间的硼薄膜13的存在用于填充能够由于层9的Si晶格和层11的SiOx晶格之间失配而产生的悬键位置，因此降低载流子陷阱/漏电流的出现。硼薄膜13还将钉扎层9屏蔽使其免于SiOx层11中的(辐照诱发的)正电荷累积。实际上，硼薄膜13可以被视为针对传感器3的“辐射屏蔽”或者“辐射硬化薄膜”，在于它(最终)减轻能够由辐照的效应产生的不良效应。
实施例2
图2描绘针对(单像素的)典型4T(四晶体管)CMOS传感器设计的电路图。该图包括下面部分/方面：
PD：钉扎光电二极管。
TX：转移栅极晶体管。
RST：复位晶体管。
SF：源极跟随器晶体管。
RS：行选择晶体管。
Vdd：供电电压。
感测操作期间的钉扎光电二级管PD的辐照通过从左边撞击它的的虚线箭头来示意性图示。图1的主题有效地图示该电路的部分PD和TX的实施例。
本领域技术人员将理解该基本电路示意图的许多变化/补充是可能的，例如在布局中包括各种电容器。他也将理解本发明的CMOS传感器不一定必须用在4T体系结构中；例如，它也能够用在例如下面参考文献中阐述的类型的3T结构或者5T结构中，：
http://www.cse.yorku.ca/visor/resources/Tsai_twostep_readout.pdf
实施例3
图3示出在暴露到给定的高能量电子剂量之后，依据现有技术(方形；无硼薄膜)和本发明(三角形；硼薄膜)的测试辐射传感器的漏电流-施加电压的图表(参见下面)。所用的辐射传感器具有与图1中描绘的体系结构类似的体系结构，除了额外的连接垫/通孔被提供下至n掺杂区域(图1，项目7)，以允许调节偏置电压(正常地，诸如图1中示出的结构之类的结构是自偏置的，具有典型地在-1至-1.5伏的范围内的偏置电压)。图表的纵轴是对数的，并且以安培(的指数)表示测量的电流，而横轴是线性的，并且以伏特表示施加的电压。针对14×14μm2的像素面积和1GPE(十亿初级电子)的每个像素剂量来描绘该数据，相当于每个像素辐照具有十亿个电子(例如，沿诸如图4中所示的装置之类的装置中的轴8)。测试在室温(20℃)下进行，并且对于与本发明(三角形)相对应的测试结构而言，所用的硼薄膜(图1，项目13)具有一纳米的厚度。
参见图表到零伏特左侧的部分，显然的是，在现有技术结构(方形；无硼薄膜)和发明的结构(三角形；有硼薄膜)之间的漏电流中存在大的差异。在本情况下，该差异相当于约18的因子，即发明的结构中的漏电流仅为现有技术结构中的漏电流的约5.5％。这是本发明效果的显著说明。
实施例4
图4是适用于与本发明结合使用的CPMM的实施例的高度示意描绘；所描绘的显微镜为STEM(即具有扫描功能的TEM)，但是在本发明的上下文中，例如它能够同样有效地为基于离子的显微镜。在图中，在真空罩2内，电子源4(诸如例如肖特基枪)产生穿过电子光学照明装置6的电子束，该电子光学照明装置6用来将电子引导/聚焦至(基本上是平面的)样品S的选定区域。该照明装置6具有电子光学轴8，并且将通常包括各种静电/磁透镜、(扫描)偏转器、校正器(诸如象散校正器)等；典型地，它也能够包括聚光器系统。
样品S被夹持样品夹具10上，样品夹具10能眵通过定位器件(台)12在多个自由度上被定位；例如，样品夹具10可以包括能够(尤其)在XY平面(参见所描绘的笛卡尔坐标系)内移动的指针。这样的移动允许样品S的不同区域被沿轴8行进(在Z方向上)的电子束辐照/成像/检查(和/或允许执行扫描运动，作为束扫描的一种替代方案)。可选的制冷器件14与样品夹具10处于紧密热接触，并且能够使后者保持低温，例如使用循环低温冷却剂来实现并且保持所需要的低温。
沿轴8行进的(聚焦)电子束将以这样的方式与样品S相互作用，以使得各种类型的“受激”辐射从样品S发出，包括(例如)二次电子、背散射电子、X射线和光辐射(阴极射线致发光)。如果需要的话，这些辐射类型中的一种或者多种能够在探测器22的帮助下被探测，该探测器22可能例如是组合的闪烁器/光电倍增管或者EDX(X射线能量色散谱)探测器；在这种情况下，图像可以使用与SEM中的基本相同的原理来构建。然而，备选地或者补充地，可以对穿过(通过)样品S、从样品S发出并继续沿轴8传播(基本上，尽管通常具有某种偏转/散射)的电子进行研究。这样的透射电子进入成像系统(组合的物镜/投影透镜)24，其通常将包括各种静电/磁透镜、偏转器、校正器(例如象散校正器)等。在正常的(非扫描)TEM模式下，该成像系统24能够将透射电子聚焦到荧光屏26上，该荧光屏26如果需要的话能够被缩回/收回(如箭头28示意性指示)以便使其离开轴8的路径。(部分)样品S的图像将由成像系统24形成在屏26上，并且这能够通过位于壁2的合适部分的观察口30来观察。屏26的收回机制例如可以实际上是机械的和/或电气的，并且在此并未描绘。
作为在屏26上观察图像的替代方案，可以替代地使用电子探测器D，尤其在STEM模式下。为此，调整器透镜24’能眵被制定以使从成像系统24出现的电子的焦点移动，并且将它们重新引导/聚焦到探测器D上(而不是收回的屏26的平面：参见上述内容)。在探测器D处，电子能够形成能够被控制器50处理并且被显示在显示装置(未描绘)(诸如例如平板显示器)上的图像(或者衍射图)。在STEM模式下，来自探测器D(和/或探测器22)的输出能眵作为对样品S的(X，Y)扫描束位置的函数而被记录，并且图像能够被构建，该图像是探测器输出作为X，Y的函数的“图(map)”。本领域技术人员将非常熟悉这些各种可能性，其在此无需进一步阐释。
注意的是，控制器(计算机处理器)50经由控制线(总线)50’连接到各种图示的部件。该控制器50能够提供各种功能，诸如同步动作、提供设定点、处理信号、执行计算以及在显示装置(未描绘)上显示消息/信息。无需言明，(示意性描绘的)控制器50可以是(部分)位于罩2的内部或者外部，并且可以根据需要具有单一的或者复合的结构。本领域技术人员将理解罩2的内部不必保持严格真空；例如，在所谓的“环境STEM”中，给定气体的背景气氛被有意地引入/保持在罩2内。
本发明的上下文中，探测器D(以及也可能地为显微镜M中的其他探测器，诸如探测器22)被体现以包括如以上阐述的像素化CMOS辐射传感器，包括本发明的特性“辐射-硬化”硼薄膜。
Claims (9)
1.一种包括层状结构的像素化CMOS辐射传感器，所述层状结构包含：
-p型Si基底；
-所述基底内的n掺杂区域；
-p+掺杂钉扎层，覆盖所述n掺杂区域；
-SiOx层，覆盖所述p+掺杂钉扎层并且用作金属前介质层或者金属间介质层；
其特征在于硼薄膜沉积在所述p+掺杂钉扎层和所述SiOx层之间。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述硼薄膜具有至少1nm的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述硼薄膜使用化学气相沉积来沉积。
4.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中所述硼薄膜用于屏蔽所述p+掺杂钉扎层使其免于所述SiOx层中的空间电荷效应。
5.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中所述p+掺杂钉扎层具有至少50nm的厚度。
6.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中所述p+掺杂钉扎层具有在1017-1019个原子/cm3的范围内的掺杂浓度。
7.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中所述SiOx层具有至少1μm的厚度。
8.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中每个像素包括三个或更多个晶体管。
9.一种带电粒子显微镜，包括：
-样品夹具，用于夹持样品；
-源，用于产生带电粒子束；
-粒子光学镜筒，用于引导所述束以辐照样品；
-探测器，用于探测响应于所述辐照从样品发出的辐射，
其中所述探测器包括根据权利要求1-8的任一项的传感器。
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