CN115428170A - 用于信号电子检测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的一些实施例包括电子检测器，电子检测器包括：具有第一部分和第二部分的第一半导体层；第二半导体层；第三半导体层；由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区；被配置为在第一半导体层和第三半导体层之间施加反向偏置的电源；以及耗尽区，耗尽区通过反向偏置在PIN区内形成，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成检测器信号，其中第一半导体层的第二部分未被耗尽并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及被配置为允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。

Description

用于信号电子检测的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月10日提交的美国申请63/008,639的优先权，该申请的全部内容通过引入并入本文。
技术领域
本文中提供的实施例公开了带电粒子束设备，并且更具体地公开了用于信号电子检测的改进的系统和方法。
背景技术
在制造半导体集成电路(IC)芯片时，在制造过程期间，作为例如光学效应和附带颗粒的结果，在衬底(即，晶片)或掩模上不可避免地出现不期望的图案缺陷，从而降低了产率。因此，监测不期望的图案缺陷的程度是IC芯片制造中的重要过程。更一般地，衬底或其它物体/材料的表面检查或测量是其制造期间和之后的重要过程。
具有带电粒子束的图案检查工具已用于检查物体，例如用于检测图案缺陷。这些工具通常使用电子显微镜技术，诸如扫描电子显微镜(SEM)。在SEM中，具有相对高能量的电子的初级电子束以最终减速步骤为目标，从而以相对低的着陆能量着陆在样品上。电子束作为探测点聚焦在样品上。探测点处的材料结构与来自电子束的着陆电子之间的相互作用导致电子从表面发射，诸如次级电子、反向散射电子或俄歇电子。所生成的次级电子可以从样品的材料结构发射。通过在样品表面之上扫描作为探测点的初级电子束，次级电子可以跨样品表面发射。通过从样品表面收集这些发射的次级电子，图案检查工具可以获得表示样品表面的材料结构的特性的图像。
发明内容
本文提供的实施例公开了带电粒子束设备，并且更具体地公开了用于信号电子检测的改进的系统和方法。
在一些实施例中，提供了用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器。检测器包括：具有第一部分和第二部分的第一半导体层；与第一半导体层相邻的第二半导体层；以及与第二半导体层相邻的第三半导体层。检测器还包括：由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区。检测器还可以包括：被配置为在第一半导体层和第三半导体层之间施加反向偏置的电源。检测器还包括：通过反向偏置在PIN区内形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成检测器信号，其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
在一些实施例中，提供了用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器。检测器包括：具有第一部分和第二部分的第一半导体层；与第一半导体层相邻的第二半导体层。检测器还包括：第三半导体层的多个段，多个段中的每个段与第二半导体层相邻。检测器还包括：由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区，以及被配置为在第一半导体层和第三半导体层之间施加反向偏置的电源。检测器还包括：通过反向偏置在PIN区内形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成多个检测器信号，其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且第一半导体层的第二部分被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及第一半导体层的第二部分被配置为允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
提供了用于制造具有能量势垒的电子检测器的方法，能量势垒基于电子的能量来滤除电子。该方法包括：提供具有第一部分、与第一部分相邻的第二部分、以及与第二部分相邻的第三部分的半导体衬底。该方法还包括：通过使用第一类型的掺杂剂掺杂衬底的第一部分来形成第一半导体层，通过使用第二类型的掺杂剂掺杂衬底的第三部分来形成第三半导体层，以及在衬底的第二部分中形成第二半导体层。在第一半导体层中的第一类型的掺杂剂的掺杂浓度被确定以配置电子检测器的能量势垒，并且第一半导体层的厚度被确定以进一步配置电子检测器的能量势垒。
在一些实施例中，提供了用于检查样品的带电粒子束设备。设备包括：被配置为沿着主光轴发射带电粒子束的带电粒子束源；被配置为将带电粒子束聚焦到样品上的物镜；以及根据上述实施例所述的电子检测器，电子检测器被配置为检测从带电粒子束入射到样品上而生成的多个信号电子。
在一些实施例中，提供了用于检查样品的带电粒子束设备。设备包括被配置为沿着主光轴发射带电粒子束的带电粒子束源；被配置为将带电粒子束聚焦到样品上的物镜；被配置为检测从带电粒子束入射到样品上生成的多个信号电子的电子检测器；以及在电子检测器和样品之间的无源能量过滤器。
在一些实施例中，提供了用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器。检测器包括：具有第一部分和第二部分的第一半导体层；与第一半导体层相邻的第二半导体层；以及与第二半导体层相邻的第三半导体层。检测器还包括：由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区。检测器还包括：由施加到PIN区的反向偏置而形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成检测器信号，其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
在一些实施例中，提供了用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器。检测器包括：具有第一部分和第二部分的第一半导体层；与第一半导体层相邻的第二半导体层。检测器还包括：第三半导体层的多个段，多个段中的每个段与第二半导体层相邻。检测器还包括由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区。检测器还包括由施加到PIN区的反向偏置而形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成多个检测器信号，其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
从以下结合附图的描述中，本公开的实施例的其他优点将变得显而易见，在附图中通过图示和示例的方式阐述了本公开的某些实施例。
附图说明
图1是图示了根据本公开的实施例的带电粒子束检查系统的示意图。
图2是图示了根据本公开的实施例的可以是图1的带电粒子束检查系统的一部分的电子束工具的示例性配置的示意图。
图3A是图示了根据本公开的实施例的包括多个信号电子检测器的带电粒子束设备的示意图。
图3B和图3C是包括具有有源能量过滤器的信号电子检测器的带电粒子束设备的示意图。
图4A是根据本公开的实施例的示例性信号电子检测器的示意图。
图4B和图4C是图示了根据本公开的实施例的图4A的信号电子检测器的示例性操作的图示。
图5A和图5B是根据本公开的实施例的具有外部无源能量过滤器的示例性信号电子检测器的示意图。
图6A-图6F是根据本公开的实施例的包括根据图5A和图5B所述的信号电子检测器和外部无源能量过滤器的示例性带电粒子束设备的示意图。
图7图示了根据本公开的实施例的形成图4A的信号电子检测器的示例性方法。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述参考附图，其中除非另有说明，否则不同附图中的相同附图标记表示相同或类似的元素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式不表示所有实现方式。相反，它们仅是与如所附权利要求中所述的与所公开的实施例相关的各方面一致的设备和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的上下文中描述了一些实施例，但是本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。此外，可以使用其它成像系统，诸如光学成像、光检测、x射线检测等。
电子装置由在被称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。这些电路的尺寸已显著减小，使得它们中的许多可以被配合在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以小至拇指盖并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人毛发尺寸的1/1000。
制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的工艺，通常涉及数百个单独的步骤。甚至一个步骤中的错误都有可能导致成品IC中的缺陷，从而使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这种缺陷，以使得工艺中制造的功能IC的数量最大化，即改进工艺的总产率。
改进产率的一个部件是监测芯片制造工艺来确保其生产足够数量的功能集成电路。监测工艺的一个方式是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。检查可以使用扫描电子显微镜(SEM)来执行。SEM可以被用于对这些极小的结构成像，实际上，拍摄这些结构的“照片”。图像可以被用于确定结构是否被正确地形成以及它是否在正确的位置形成。如果结构是有缺陷的，则过程可以被调整，使得缺陷不太可能再次出现。
使用SEM来检查高密度IC芯片的准确性和可靠性尤其与系统的成像分辨率相关。获得并保持高成像分辨率的几种方式之一是将信号电子(诸如次级电子(SE)和反向散射电子(BSE))的收集效率最大化。当初级电子撞击样品的表面时，它尤其基于着陆能量、样品材料和斑点尺寸而与样品的体积相互作用，并生成多个信号电子。由样品的组成原子的价电子(例如，外壳电子)的发射产生的SE具有≤50eV的发射能量并且源自样品的表面或近表面区域。主要由电子束的电子与组成原子核的弹性碰撞产生的BSE具有较高的发射能量，例如在50eV到初级电子在样品上的着陆能量(高达1,000到10,000eV或更高)的范围内，并且通常源自样品的相互作用体积内的较深区域，并且因此可以提供与样品的材料组成和分布相关联的信息。在一些实施例中，可能期望具有仅收集特定类型的信号电子(诸如BSE)的机制，以增强所获得的图像的质量。例如，可能期望对反向散射电子进行最大检测，以从样品的更深的表面下区域获得下层缺陷或结构的高分辨率图像。
在常规的SEM中，能够选择性地收集某个类型的信号电子的一个方法可以包括：在样品和电子检测器之间的信号电子的路径上放置有源能量过滤器，使得不想要类型的信号电子可以在到达电子检测器的表面之前被滤除。例如，有源能量过滤器可以包括电极(当带电粒子束是电子束时，相对于样品负偏置)，电极生成电场来阻断SE，同时允许BSE通过。然而，在一些实施例中，由有源能量过滤器生成的电场可能干扰初级电子并增加物镜的像差，从而导致样品上探测点的尺寸增加，并因此负面影响成像分辨率。因此，可能期望仅在不使用有源过滤器的情况下检测BSE。本公开的一些实施例涉及形成样品图像的带电粒子束设备和方法。设备可以包括具有无源过滤器的电子检测器，无源过滤器在不需要生成电场的情况下提供BSE的选择性收集能力。
为了清楚起见，附图中部件的相对尺寸可能被放大。在以下附图描述中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件或实体，并且仅描述关于各个实施例的区别。如本文所使用的，除非另外具体说明，除非不可行，否则术语“或者”涵盖所有可能的组合。例如，如果指出部件可以包括A或者B，则除非另外特别指出或不可行，否则部件可以包括A或者B、或者A和B。作为第二示例，如果指出部件可以包括A、B或者C，则除非特别说明或不可行，否则部件可以包括A、或者B、或者C、或者A和B、或者A和C、或者B和C、或者A和B和C。
现在参考图1，其图示了根据本公开的实施例的示例性带电粒子束检查系统100，诸如电子束检查(EBI)系统。如图1所示，带电粒子束检查系统100包括主腔室10、负载锁定腔室20、电子束工具40和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具40位于主腔室10内。虽然描述和附图针对电子束，但是应当理解，这些实施例不被用于将本公开限制为特定的带电粒子。
EFEM 30包括第一负载端口30a和第二负载端口30b。EFEM 30可以包括附加的负载端口。第一负载端口30a和第二负载端口30b接收晶片前开式传送盒(FOUP)，晶片前开式传送盒包含晶片(例如，半导体晶片或由其它(多个)材料制成的晶片)或待检查的样品(晶片和样品在下文统称为“晶片”)。EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)将晶片运输到负载锁定腔室20。
负载锁定腔室20被连接到负载/锁定真空泵系统(未示出)，其去除负载锁定腔室20中的气体分子来达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)将晶片从负载锁定腔室20运输到主腔室10。主腔室10被连接到主腔室真空泵系统(未示出)，其去除主腔室10中的气体分子而达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子束工具40对晶片进行检查。在一些实施例中，电子束工具40可以包括单束检查工具。
控制器50可以被电连接到电子束工具40，并且可以被电连接到其它部件。控制器50可以是被配置为执行带电粒子束检查系统100的各种控制的计算机。控制器50还可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能的处理电路。尽管控制器50在图1中示出为在包括主腔室10、负载锁定腔室20和EFEM 30的结构的外部，但是应当理解，控制器50可以是该结构的一部分。
虽然本公开提供了容纳电子束检查系统的主腔室10的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于容纳电子束检查系统的腔室。相反，应当理解，上述原理也可以应用于其它腔室。
现在参考图2，其是图示了根据本公开的实施例的可以是图1的带电粒子束检查系统100的一部分的电子束工具40的示例性配置的示意图。电子束工具40(在本文中也被称为设备40)可以包括电子发射器，电子发射器可以包括阴极203、阳极220和枪体孔径222。电子束工具40还可以包括库仑孔径阵列224、聚束透镜226、限束孔径阵列235、物镜组件232和电子检测器244。电子束工具40还可以包括由机动载物台234支撑的样品支架236，以支持待检查的样品250。应当理解，根据需要可以添加或省略其它相关部件。
在一些实施例中，电子发射器可以包括阴极203、提取器阳极220，其中初级电子可以从阴极发射并且被提取或加速，以形成初级电子束204，初级电子束204形成初级束交叉点202(虚拟的或真实的)。初级电子束204可以被可视化为从初级束交叉点202发射。
在一些实施例中，电子发射器、聚束透镜226、物镜组件232、限束孔径阵列235和电子检测器244可以与设备40的主光轴201对准。在一些实施例中，电子检测器244可以沿副光轴(未示出)偏离主光轴201放置。
在一些实施例中，物镜组件232可以包括经修改的摆式物镜减速浸没透镜(SORIL)，其包括极片232a、控制电极232b、偏转器232c(或多于一个偏转器)和激励线圈232d。在整体成像过程中，从阴极203的尖端发出的初级电子束204被施加到阳极220的加速电压加速。初级电子束204的一部分穿过枪体孔径222和库仑孔径阵列224的孔径，并由聚束透镜226聚焦，以全部或部分地穿过限束孔径阵列235的孔径。穿过限束孔径阵列235的孔径的电子可以被经修改的SORIL透镜聚焦，以在样品250的表面上形成探测点，并且被偏转器232c偏转来扫描样品250的表面。从样品表面发射的次级电子可以由电子检测器244收集，以形成感兴趣的扫描区域的图像。
在物镜组件232中，激励线圈232d和极片232a可以生成磁场，磁场借助极片232a的两端之间的间隙漏出并分布在围绕光轴201的区域中。被初级电子束204扫描的样品250的一部分可以被浸没在磁场中并且可以被充电，这进而创建电场。电场可以减少在样品250的表面附近和表面上撞击初级电子束204的能量。与极片232a电隔离的控制电极232b控制样品250上和之上的电场，以减小物镜组件232的像差并控制信号电子束的聚焦情况，以获得高检测效率。偏转器232c可以偏转初级电子束204，以在晶片上进行电子束扫描。例如，在扫描过程中，偏转器232c可以被控制为在不同的时间点将初级电子束204偏转到样品250的顶部表面的不同位置上，以提供针对样品250的不同部分的图像重建的数据。
当接收到初级电子束204时，反向散射电子(BSE)和次级电子(SE)可以从样品250的部分发射。电子检测器244可以捕获BSE和SE，并基于从所捕获的信号电子收集的信息来生成样品的图像。如果电子检测器244位于主光轴201之外，则分束器(未示出)可以将BSE和SE导向电子检测器244的传感器表面。所检测的信号电子束可以在电子检测器244的传感器表面上形成对应的次级电子束斑。电子检测器244可以生成表示所接收的信号电子束斑的强度的信号(例如，电压、电流)并且将信号提供给处理系统，诸如控制器50。次级或反向散射电子束的强度和所得束斑可以根据样品250的外部或内部结构而变化。此外，如上所述，初级电子束204可以被偏转到样品250的顶部表面的不同位置上，以生成不同强度的次级或反向散射信号电子束(以及所得到的束斑)。因此，通过将信号电子束斑的强度与初级电子束204在样品250上的位置进行映射，处理系统可以重建反映样品250的内部或外部结构的样品250的图像。
在一些实施例中，控制器50可以包括图像处理系统，图像处理系统包括图像获取器(未示出)和存储装置(未示出)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器可以借助诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等介质或其组合而通信地耦合到设备40的电子检测器244。在一些实施例中，图像获取器可以从电子检测器244接收信号并且可以构造图像。图像获取器因此可以获取样品250的区域的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度等的调整。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储装置可以与图像获取器耦合并且可以被用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像并保存经后处理的图像。
在一些实施例中，控制器50可以包括测量电路(例如，模数转换器)来获得所检测的次级电子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据与入射到样品(例如，晶片)表面上的初级束204的对应扫描路径数据组合可以被用于重建被检查的晶片结构的图像。经重建的图像可以被用于揭示样品250的内部或外部结构的各种特征，并且因此可以被用于揭示样品250(诸如晶片)中可能存在的任何缺陷。
在一些实施例中，控制器50可以控制机动载物台234在检查期间移动样品250。在一些实施例中，控制器50可以使得机动载物台234能够以恒定速度在一个方向上连续地移动样品250。在其他实施例中，控制器50可以使得机动载物台234能够根据扫描过程的步骤随时间改变样品250的移动速度。
现在参考图3A，图3A是示出根据本公开的实施例的包括多个信号电子检测器的带电粒子束设备300A的实施例的示意图。在一些常规的SEM中，设备300A可以包括电子源302，电子源302被配置为从阴极(例如，图2的阴极203)发射初级电子，并形成初级电子束304，初级电子束304沿着主光轴301从初级电子束交叉点303(虚拟的或真实的)发出。设备300A还可以包括聚束透镜321、限束孔径阵列312、透镜内电子检测器331、反向散射电子检测器341、扫描偏转单元350和物镜组件322。在本公开的上下文中，透镜内电子检测器指代位于物镜组件322内部或之上的带电粒子检测器(例如，电子检测器)，并且可以围绕主光轴(例如，主光轴301)旋转对称地布置。在一些实施例中，透镜内电子检测器也可以被称为透镜通过检测器、浸没透镜检测器或上部检测器。应当理解，可以适当地添加或省略或重新布置相关部件。
在当前存在的SEM中，如图3A所示，初级电子束304可以从电子源302发射并由阳极(例如，图2的阳极220)加速到较高能量。枪体孔径(例如，图2的枪体孔径222)可以将初级电子束304的电流限制到期望的初始值，并且可以与限束孔径阵列312一起工作来获得最终束电流。初级电子束304可以由聚束透镜321和物镜组件322聚焦，以在样品371的表面上形成小的探测点306。在一些实施例中，聚束透镜321的聚焦能力和限束孔径阵列312的孔径的开口尺寸可以被选择来获得期望的探测电流并使得探测点尺寸如所期望的那样小。
为了在大范围的探测电流上获得小的束斑尺寸，限束孔径阵列312可以包括具有各种尺寸的多个孔径。限束孔径阵列312可以被配置为移动，使得基于期望的探测电流或探测点尺寸，孔径阵列312的孔径之一可以与主光轴301对准。例如，如图3A所示，孔径阵列312的一个孔径可以被配置为通过阻挡初级电子束304的外围电子来生成初级电子子束304-1。在一些实施例中，扫描偏转单元350可以包括一个或多个偏转器，一个或多个偏转器被配置为偏转初级电子子束304-1来扫描样品371的表面上的期望区域。
如前面参考图2所述，初级电子子束304-1的电子与样品371的相互作用可以生成SE和BSE。如本领域公知的，SE和BSE的发射遵循朗伯定律并且具有大的能量扩散，从样品371的不同深度出现的电子具有不同的发射能量。例如，SE源自样品371的表面或近表面区域并且具有较低的发射能量(例如，低于50eV)。SE可以被用于提供关于表面或近表面特征和几何形状的信息。另一方面，BSE可以由来自样品371的更深的表面下区域的入射电子的弹性散射事件生成，并且与SE相比可以具有更高的发射能量，其发射能量在从50eV到大约入射电子的着陆能量的范围内。BSE可以提供被检查材料的组成信息。所生成的BSE的数量可以与诸如样品中材料的原子序数或初级电子束的着陆能量等因素相关。
除了将初级电子束304聚焦在样品371的表面上之外，物镜组件322还可以被配置为将信号电子聚焦在检测器331的表面上。如前面关于图2的样品250所述，样品371可以被浸没在物镜组件322的磁场中，并且与具有较高能量的信号电子相比，磁场可以更快地聚焦具有较低能量的信号电子。例如，由于SE的低发射能量，物镜组件322能够强烈地聚焦SE(诸如沿着电子路径381和路径382)，使得SE的大部分着陆在透镜内检测器331的检测层上。与SE相反，物镜组件322由于其高发射能量而只能弱聚焦BSE。因此，尽管具有小发射角的一些BSE可以沿着电子路径391和路径392行进并被透镜内电子检测器331检测，但是具有大发射角的BSE(例如路径393上的电子)可能不能被透镜内电子检测器331检测。
在一些实施例中，诸如反向散射电子检测器341的附加电子检测器可以被用来检测具有大发射角的那些BSE(例如，在路径393上行进的电子)。在本公开的上下文中，发射极角参考基本垂直于样品371的主光轴301来测量。如图3A所示，路径382中的次级电子的发射极角小于路径391、路径392和路径393中的反向散射电子的发射极角。反向散射电子检测器341可以被放置在物镜组件322和样品371之间，并且透镜内电子检测器331可以被放置在物镜组件322和聚束透镜321之间，允许检测SE以及BSE。
基于发射能量或发射角的差异等，SE和BSE可以使用单独的电子检测器、分段电子检测器、能量过滤器等来单独检测。例如，如图3A所示，透镜内电子检测器331可以被配置为分段检测器(稍后参考图4C讨论)，分段检测器包括在二维或三维布置中布置的检测段。在一些情况下，透镜内电子检测器331的检测段可以例如围绕主光轴301径向地、周向地或方位角地布置。
设备300A可以包括聚束透镜321，聚束透镜321被配置为聚焦初级电子束304，使得其一部分304-1可以穿过限束孔径阵列312的轴上孔径。聚束透镜321可以基本上类似于图2的聚束透镜226，并且可以执行类似的功能。聚束透镜321可以包括静电、磁或复合电磁透镜等。聚束透镜321可以与控制器(诸如图2所示的控制器50)电连接或通信连接。控制器50可以向聚束透镜321施加电激励信号，以基于诸如操作模式、应用、期望的分析或正被检查的样品材料等因素来调整聚束透镜321的聚焦能力。
设备300A还可以包括扫描偏转单元350，其被配置为在样品371的表面上动态地偏转初级电子束304或初级电子子束304-1。初级电子子束304-1的动态偏转可以使得例如以栅格扫描图案来扫描期望面积或期望的感兴趣区域，以生成用于样品检查的SE和BSE。扫描偏转单元350可以包括一个或多个偏转器(未示出)，其被配置为在X轴或Y轴上偏转初级电子子束304-1。如本文中所使用的，X轴和Y轴形成笛卡尔坐标，并且初级电子束304沿着与Z轴对准的主光轴301传播。X轴指代沿着纸的宽度延伸的水平轴或横轴，并且Y轴指代在纸的平面内和平面外延伸的竖直轴。
现在参考图3B，其图示了包括带电粒子检测器和有源能量过滤器的带电粒子束设备300B的实施例的示意图。设备300B可以包括磁性物镜组件322。在一些实施例中，物镜组件322可以包括复合电磁透镜，复合电磁透镜包括由内极片322A(类似于图2的极片232a)和控制电极322B(类似于图2的控制电子232b)形成的磁透镜322M和静电透镜，磁透镜322M和静电透镜协同工作来将光束304聚焦在样品371处。
选择性地检测来自样品371的信号电子(例如，SE相对于BSE)的方法之一是使用有源能量过滤器，基于电子的发射能量来滤除特定类型的电子。如图3B所示，在一些实施例中，控制电极322B可以被放置为在样品371和透镜内电子检测器331之间形成能量过滤器。在一些实施例中，控制电极322B可以被设置在样品371和物镜组件322的磁透镜322M之间。当电源375参考样品371将控制电极322B偏置到电压时，在控制电极322B和样品371之间生成电场，导致信号电子的静电势垒。静电势垒阻挡具有比势垒的阈值能级更低的发射能量的信号电子。可以理解，“有源过滤器”是指使用有源部件的电子过滤器，诸如生成“有源”电场的电极，与仅使用无源元件的“无源过滤器”相反。
在一个示例中，控制电极322B相对于样品371负偏置，使得带负电的信号电子(例如，路径381上的SE)被反射回样品371，因为路径381上的SE不具有足够的能量来穿过能量势垒。另一方面，具有比势垒的阈值能级更高的发射能量的信号电子(例如，路径391上的BSE)可以克服由控制电极322B形成的能量势垒并向透镜内电子检测器331传播。因此，透镜内电子检测器331可以被配置为反向散射电子检测器。应当理解，路径381和路径391分别指示从样品371生成的示例SE和BSE的路径。
现在参考图3C，其图示了包括带电粒子检测器和有源能量过滤器的带电粒子束设备300C的实施例的示意图。与图3B的设备300B相比，设备300C包括设置在透镜内电子检测器331附近的能量过滤器。如图3C所示，有源能量过滤器可以包括网状电极331E，其被配置为将具有低发射能量的信号电子(例如，路径381上的SE)反射回样品371或物镜组件322，并且允许具有高发射能量的信号电子(例如，路径391上的BSE)入射在透镜内电子检测器331的检测层上。在一些实施例中，网状电极331E可以包括由导电材料制成的网状结构，导电材料诸如如金属、合金、半导体或复合材料等。网状电极331E可以被设置在物镜组件322和透镜内电子检测器331之间。在一些实施例中，网状电极331E可以被设置为比物镜组件322更靠近透镜内电子检测器331。
检测和检查半导体制造工艺中的一些缺陷，诸如由光刻、金属沉积、干法蚀刻或湿法蚀刻产生的掩埋颗粒等，可以受益于检查样品表面特征以及样品表面下特征的组成分析。因此，用户可以利用从可以选择性地检测SE或BSE的电子检测器获得的信息来标识(多个)缺陷、分析(多个)缺陷的组成并且基于所获得的信息来调整工艺参数。在带电粒子束设备(诸如SEM)中，BSE的收集效率可以通过使用如参考图3A-图3C所讨论的能量过滤器或附加的电子检测器来改进。例如，如图3B和图3C所示，利用电场的有源能量过滤器可以被用于将SE与BSE分离，从而改进各个收集效率。
然而，在一些实施例中，有源能量过滤器可能对检查系统的整体性能造成一些缺点。例如，将负偏置能量过滤器放置得更靠近样品(如图3B所示)可以增加物镜组件的像差并增加探测点306的尺寸，从而不利地影响成像分辨率。作为备选方案，有源能量过滤器可以被放置得更靠近透镜内电子检测器(例如，如图3C所示，网状电极331E放置在检测器331附近)，以将对物镜组件的像差的影响最小化。然而，在这样的配置中，初级电子束304可能直接受到能量过滤器的影响，从而扩大了探测点306的尺寸。为了避免电场对初级电子束的影响，可以使用屏蔽网或盒(未示出)来封闭检测器331和电极331E。但是，屏蔽盒可能限制检测器形状(例如，需要检测器331的大中心孔)，这可能阻碍对具有小发射角的信号电子的检测。在一些配置中，为了减小对初级电子束的影响并改进具有小发射角的信号电子的检测率，分束器(未示出)可以被用来使得信号电子偏离主光轴301、朝向放置在副光轴(未示出)上的检测器偏转。但是，即使在该配置中，对于SE过滤仍然需要有源能量过滤器，因此需要实现屏蔽网或盒。此外，分束器可能对入射的初级电子束增加不期望的像差，从而负面影响成像分辨率。
现在参考图4A，图4A图示了根据本公开的实施例的沿着信号电子检测器的厚度方向的截面截取的信号电子检测器400的示例性结构的示意图。信号电子检测器400可以是带电粒子束设备(诸如图3A的设备300A)的一部分。检测器400可以与带电粒子束设备的主光轴301对准。初级电子束304在+Z方向上行进(从图4A的顶部到底部)。从样品(未示出)生成的信号电子490沿－Z方向行进(从图4A的底部到顶部)，以从检测器400的第一表面401s进入检测器400。
在一些实施例中，信号电子检测器400可以基于PIN二极管结构，PIN二极管结构在p型半导体层和n型半导体层之间包括本征半导体层，从而创建P-I-N结构。图4A示出了五层PIN电子检测器，其包括沿检测器400的厚度方向(－Z方向)的第一金属层410、第一半导体层420、第二半导体层430、第三半导体层440和第二金属层450。五个层(层410-层450)分别具有厚度412、厚度422、厚度432、厚度442和厚度452。
在检测器400的底部和顶部处的第一金属层410和第二金属层450可以形成被配置为向检测器400施加偏置电压的电极。例如，第一金属层410可以用作检测器400的阳极，并且第二金属层450可以用作检测器400的阴极。附加地，两个金属层可以保护内部半导体层。尽管图4A图示了信号电子从阳极侧进入的实施例，但是可以理解，在不同的实施例中，信号电子可以从阴极侧进入。
第一金属层410可以被配置为接收入射在电子检测器400的表面401s上的信号电子490。第一金属层410可以是薄的(例如，在10至200nm的范围内)并且由轻金属制成，以减少传入电子的散射和能量损失。例如，第一金属层410的材料可以是铝或高导电性且容易被信号电子穿透的其他金属。第一金属层410的厚度412和材料可以基于对除了入射电子之外的粒子的阻挡的考虑来确定，以降低噪声或基于一些信号电子的发射能量而将其滤除(例如，滤除具有非常低的发射能量的SE)。
第一半导体层420邻近第一金属层410形成。在一些实施例中，第一半导体层420可以包括p型半导体。例如，第一半导体层420可以掺杂有三价杂质，诸如硼、铝、镓等，以创建自由空穴。第一半导体层420可以是重掺杂区，诸如P+区。第一半导体层420的一部分可以形成能量势垒，能量势垒选择性地滤除某个类型的传入信号电子。第一半导体层420的掺杂浓度和厚度422可以基于能量过滤器的期望特性来确定，诸如过滤器的阈值或截止能级。以下参考图4B和图4C提供关于能量过滤器的操作的进一步细节。第一金属层410可以被沉积在第一半导体层420的顶部上。因此，第一半导体层420可以被第一金属层410涂覆和保护。
第二半导体层430邻近第一半导体层420形成。在一些实施例中，第二半导体层430可以包括本征半导体区。例如，第二半导体层430可以是在不存在任何显著的掺杂剂物质的情况下的未掺杂的纯半导体，或者略微n-掺杂或p-掺杂。第二半导体层430可以具有比电子检测器400的其它层的掺杂浓度低的掺杂浓度。第二半导体层430可以具有这样的掺杂浓度，该掺杂浓度被设置为使得其由于被轻掺杂而具有高电阻。在一些实施例中，信号电子检测器400可以由硅晶片形成，在这种情况下，第二半导体层430可以是N-区。第一半导体层420与第三半导体层440之间的第二半导体层430的厚度432可以基于所接收信号电子的预期发射能级的范围来确定。
第三半导体层440邻近第二半导体层430形成。在一些实施例中，第三半导体层440可以包括n-型半导体区。例如，第三半导体层440可以掺杂有五价杂质，诸如磷、锑、砷等，以创建自由电子。类似于第一半导体层420，第三半导体层440可以是重掺杂区，诸如N+区。
第二金属层450可以被沉积在第三半导体层440上。第二金属层450的材料可以是具有高表面导电性的金属，诸如铝或铜。与第一金属层410不同，第二金属层450可以不需要是高度电子可穿透的，因为在一些实施例中，信号电子不通过第二金属层450进入。
图4B和图4C是示出了根据本公开的实施例的图4A的信号电子检测器的示例性操作的图示。
第一金属层410和第二金属层450可以被连接到电源467。当两个金属层410和金属层450直接形成在相邻的半导体层(层420和层440)上时，电连接可以借助金属层在三个半导体层(层420、层430、层440)和电源467之间形成。电源467可以被配置为向由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区提供反向偏置，将电源467的负端子和正端子分别连接到第一金属层410(阳极)和第二金属层450(阴极)。第一金属层410与第二金属层450之间的所得电势差可以创建穿过PIN区的内部电场。在一些实施例中，电源467可以被直接连接到第一半导体层420和第三半导体层440，因为这些半导体层由于高掺杂浓度而具有低电阻。
在正常操作中的反向偏置条件下，自由电荷载流子(例如，自由电子和空穴)被电场去除，并且因此耗尽区437可以在检测器主体的体积内、特别是在PIN区内形成。结果，在反向偏置下，基本上没有偏置电流流过检测器(除了非常小的漏电流)。在一些实施例中，耗尽区437可以几乎完全存在于第二半导体层430(本征半导体区)内。在一些实施例中，耗尽区437可以扩展超过第二半导体层430，形成第一半导体层420内的耗尽部分(420a)和第三半导体层440内的耗尽部分(440a)。第一半导体层420的其它部分(未耗尽部分(420b))可以保持具有自由空穴。类似地，第三半导体层440的其它部分(未耗尽部分(440b))可以保持具有自由电子。
如前所述，传入信号电子可以具有不同的发射能量。由于一些信号电子或带电粒子可能具有非常低的发射能量(例如，电子495)，它们可能被第一金属层阻挡或散射。一些信号电子(例如，电子496和497)可以具有较高的发射能量来到达第一金属层410之外。
当信号电子(诸如电子496和497)在通过第一金属层410之后进入检测器主体时，信号电子可以开始与半导体材料相互作用并生成电子-空穴对(例如，496er-496hr、497er-497hr、497e-497h)。信号电子在与检测器相互作用以形成电子-空穴对时保持丢失能量。
如图4B所示，当在第一半导体区420的未耗尽部分420b中生成电子-空穴对(诸如电子-空穴对496er-496hr)时，一些信号电子(例如，电子496)可能损失其全部能量，从而不能到达耗尽区437。在一些实施例中，所生成的一些电子(例如，电子496er)本身可以有助于生成其他电子-空穴对(未示出)。耗尽区437外部所生成的这些电子-空穴对(例如，对496er-496hr以及由电子496er生成的其它对)可以缓慢漂移，因为耗尽区437外部的电场相对较弱。因此，所生成的电子和空穴很可能彼此重组或者与任何其它附近的自由相对载流子重组(例如，如箭头496r所示)。由于该快速重组，所生成的电子-空穴对(例如，对496er-496hr)可能不能有助于生成漂移电流，结果，信号检测单元468不会生成检测器信号。
只有那些具有足够高发射能量的传入信号电子(例如，电子497)可以穿过并到达第一半导体层420的未耗尽部分420b之外。当穿过未耗尽部分420b时，信号电子497可能损失用于生成电子-空穴对的一些能量(例如，497er-497hr)。但是信号电子497的初始发射能量(在进入检测器主体之前)可以足够高，使得电子可以以留下的某些能量到达耗尽区437，以在耗尽区437内生成更多的电子-空穴对497e-497h。此外，所生成的一些电子(例如，电子497er)可以具有足够的能量来穿过未耗尽部分420b并到达耗尽区437。这些生成的电子还可以有助于在耗尽区437内生成其它电子-空穴对。
在耗尽区437内生成的电子-空穴对497e-497h可以由电场(如上所述由反向偏置形成)分离，而不是重组。例如，电子497e可以如箭头497em所示指向第三半导体层440(N+区)，而空穴497h可以如箭头497hm所示指向第一半导体层420(P+区)。因此，这些电子497e和空穴497h可以最终分别到达检测器顶部和底部的电极(例如，阴极-第二金属层450；阳极-第一金属层410)并生成电流。在一些实施例中，信号检测单元468可以测量该电流并生成对应的检测器信号。在一些实施例中，信号检测单元468可以包括连接在电源467和检测器之间来处理电流检测器信号的跨阻放大器(TIA)。
如上所述，金属层410和第一半导体层420组合提供了能量势垒，能量势垒滤除具有比能量势垒(到达耗尽区437所需的初始能量)低的发射能量的传入信号电子。以这种方式，在不使用如前面参考图3B和图3C所述的有源能量过滤器的情况下，具有不同能量的传入信号电子可以被分离并被选择性地检测。
在一些实施例中，能量势垒可以随着未耗尽区420b的厚度增加而增加。例如，对数尺度的能量势垒可以与对数尺度的未耗尽区420b的厚度成比例。换言之，当未耗尽区420b的厚度增加时，能量势垒也可增加，使得具有较高发射能量的信号电子将被滤除。未耗尽区420b的厚度可以基于多个因素来确定，诸如偏置电压、用于检测器主体的材料(例如，硅)、半导体层的掺杂分布或者第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层(层420、层430、层440)的厚度等。例如，在相同的偏置电压、相同的装置结构和相同的掺杂浓度下，在一定程度上使得第一半导体层420更厚可以导致更厚的未耗尽区420b。在一些实施例中，第一半导体层420的掺杂浓度可以被改变来配置未耗尽区420b的厚度。
在一些实施例中，基于已知检测器结构的装置仿真可以被执行，以在给定能量势垒的预定期望水平的情况下确定未耗尽区420b的适当厚度。例如，为了将SE与BSE分离，可能需要检测器具有与50eV以及从电子束设备的列中的加速电压获得的信号电子的能量之和近似相等的能量势垒。为了将信号电子检测器配置为具有这样的能量势垒，装置仿真可以被执行来确定各种制造工艺旋钮(诸如掺杂分布、半导体层的厚度、偏置电压等)，当适当地设置时，其可以提供与能量势垒的期望水平相对应的适当厚度的未耗尽区420b。
图4C示出了以与图4B所示的信号电子检测器相同的方式操作的分段信号电子检测器，不同之处在于第三半导体层和第二金属层被分段，以基于捕获传入信号电子的相对位置生成多个检测器信号。在一些实施例中，电子检测器可以包括第三半导体层的多个段(例如，段440-1、段440-2、段440-3)。这些段440-1、段440-2、段440-3的材料或掺杂分布可以基本上类似于图4B的第三半导体层440。电子检测器还可以包括多个第二金属层段(例如，段450-1、段450-2、段450-3)，每个第二金属层段直接形成在相邻的第三半导体层段(段440-1、段440-2或段440-3)上。当信号电子498到达耗尽区437时，电子-空穴对(例如，对498e-498h)被生成，并且这些电子498e的大部分可以朝向第三半导体层的最近段440-2移动。因此，与电子498相对应的检测器信号可以由与金属层段450-2和半导体层段440-2电连接的信号检测单元468-2收集。类似地，由传入信号电子497生成的检测器信号可以由信号检测单元468-3收集。
现在参考图5A和图5B，图5A和图5B是根据本公开的实施例的具有外部无源能量过滤器532的示例性信号电子检测器531的示意图。在一些实施例中，信号电子检测器531可以是具有如图4A-图4C所述的内置无源能量过滤器的信号电子检测器。在一些实施例中，信号电子检测器531可以是没有内置无源能量过滤器的常规电子检测器。
如图5A和图5B所示，信号电子检测器531可以包括类似于图4A-图4C所示的信号检测器的PIN二极管结构。例如，信号电子检测器531可以被反向偏置来创建耗尽区537。针对检测器531的未耗尽区(未示出)可以提供内置能量势垒，以滤除能量低于预定阈值能级的信号电子。
在一些实施例中，外部无源能量过滤器532可以被用于提供除了检测器531的内置能量势垒之外的额外能量势垒。外部无源能量过滤器532可以是由能够衰减传入信号电子的能量的材料制成的板。例如，外部无源能量过滤器532可以包括半导体材料(诸如氮化硅)或导电材料(诸如铝膜)，其提供衰减能力，同时还提供一定水平的导电性来释放可能由于信号电子的入射而在能量过滤器532内累积的任何电荷。外部无源过滤器532可以具有与检查设备的主光轴对准的中心开口，以使得初级光束304能够穿过。外部无源能量过滤器532的能量势垒可以例如通过调整板的厚度或材料来确定。
在一些实施例中，外部无源能量过滤器532可以在高过滤模式的第一位置(如图5A所示)和低过滤模式的第二位置(如图5B所示)之间移动。当检查设备在高过滤模式下操作时，外部无源能量过滤器532可以被定位在样品(未示出)和信号电子检测器531之间的第一位置中。在高过滤模式下，外部无源能量过滤器532可以被配置为除了检测器531的内置能量势垒之外还提供额外的能量势垒。传入信号电子的有效总能量势垒可以变为检测器531的内置能量势垒和外部无源能量过滤器532的额外能量势垒之和。例如，图5A和图5B示出了三个示例性的传入信号电子595、电子596和电子597。电子595的发射能量可能低于外部无源能量过滤器532的额外能量势垒。电子596的发射能量可能高于外部无源能量过滤器532的额外能量势垒，但低于有效总能量势垒。电子597的发射能量可以高于有效总能量势垒。在外部无源能量过滤器532位于第一位置中的情况下，信号电子595和电子596被滤除，因为它们的能量低于有效总能量势垒，并且只有信号电子597可以到达耗尽区537以被检测。
当检查设备在低过滤模式下操作时，外部无源能量过滤器532可以位于远离检测器531的第二位置中，使得外部无源能量过滤器532不会影响任何传入信号电子。因此，在低过滤模式中，传入信号电子仅被检测531的内置能量势垒过滤。例如，如图5B所示，当外部无源能量过滤器532位于第二位置中时，只有信号电子595可以被滤除，而信号电子596和电子597可以到达耗尽区537以被检测。
现在参考图6A-图6F，图6A-图6F是根据本公开的实施例的包括根据图5A和图5B所述的信号电子检测器和外部无源能量过滤器的示例性带电粒子束设备的示意图。
图6A示出了根据本公开的一些实施例的示例性带电粒子束设备600A，其类似于图3A的带电粒子束设备300A。可移动外部无源能量过滤器632(类似于图5A和图5B所示的可移动外部无源能量过滤器532)可以用于带电粒子束设备600A内。设备600A可以包括信号电子检测器631，信号电子检测器631可以是具有如图4A-图4C所述的内置无源能量过滤器的信号电子检测器，或者是没有内置无源能量过滤器的常规电子检测器。
类似于图5A，当设备600A在高过滤模式下操作时，外部无源能量过滤器632可以被定位在样品371与信号电子检测器631之间的第一位置中。在高过滤模式中，外部无源能量过滤器632可以被配置为除了检测器631的内置能量势垒之外还提供额外的能量势垒。针对传入信号电子的有效总能量势垒可以成为检测器631和过滤器632的两个能量势垒之和。例如，如图6A所示，在外部无源能量过滤器632位于第一位置中的情况下，信号电子381(例如，具有低发射能量的电子，诸如SE)可以被滤除，因为它们的能量低于有效总能量势垒，并且只有信号电子391(包括具有比有效总能量势垒高的发射能量的电子，诸如BSE)可以到达检测器631的耗尽区以被检测。
当设备600A在低过滤模式下操作时，外部无源能量过滤器632可以被定位在远离检测器631的第二位置中，使得有效总能量势垒可以减小，从而允许具有较低能量的信号电子(例如，路径381上的SE)也由检测器631检测。
图6B示出了根据本公开的一些实施例的具有可移动无源能量过滤器的带电粒子束设备的另一示例(600B)。类似于图6A中的设备600A，设备600B可以包括信号电子检测器631，其可以是具有如图4A-图4C所述的内置无源能量过滤器的信号电子检测器，或者是没有内置无源能量过滤器的电子检测器。在一些实施例中，可移动外部无源能量过滤器632可以包括多个过滤区(例如，过滤区632a和过滤区632b)。在一些实施例中，如图6C所示，可移动外部无源能量过滤器632可以包括具有多个过滤区的过滤板，每个过滤区具有允许初级束304穿过的中心孔。每个过滤区632a或过滤区632b可以提供不同水平的能量势垒。如前所述，外部无源能量过滤区632a和过滤区632b的能量势垒可以通过调整每个过滤区板的厚度或材料来确定。
在一些实施例中，设备600B可以各种过滤模式操作，诸如高/中/低过滤模式。当设备600B在高过滤模式下操作时，具有较高能量垒的过滤区(例如632a)可以被定位在电子检测器631的前部，从而提供最大水平的电子过滤。当设备在中过滤模式下操作时，具有较低能量势垒的过滤区(例如632b)可以被定位在电子检测器631的前部，从而提供中级电子过滤。当设备600B在低过滤模式下操作时，外部无源能量过滤器632可远离电子检测器631定位(在检测器631前部没有过滤区)，从而提供最小水平的电子过滤。尽管图6B和图6C图示了具有两个过滤区632a和过滤区632b的过滤器632，但是应当理解，可以在过滤器632中实现任意数量的过滤区。
图6D示出了具有多个过滤段的外部无源能量过滤器632的另一示例。在一些实施例中，外部无源能量过滤器632可以包括允许初级束304穿过的中心孔和围绕中心孔定位的多个过滤段(例如，过滤段632c、过滤段632d和过滤段632e)。每个过滤段632c、过滤段632d或过滤段632e可以提供不同水平的能量势垒。这使得电子检测器(诸如图6A和图6B中的电子检测器631)能够检测在其发射径向角(相对于表面法线的发射角)方面具有不同能级(例如，SE相对于BSE)的信号电子，并且有助于一些类型的样品的缺陷检查。
如上关于图6A和图6B所述，外部无源能量过滤器632可以与信号电子检测器631一起使用，信号电子检测器631可以包括具有如图4A-图4C所述的内置无源能量过滤器的电子检测器，或者没有内置无源能量过滤器的电子检测器。
如图6E所示，在一些实施例中，可移动无源能量过滤器632(例如在图6B的设备600B中使用的可移动无源能量过滤器632)还可以在每个过滤区632a和过滤区632b内包括多个过滤段。这使得能够根据各种发射角和发射能级来检测信号电子。尽管图6E图示了具有两个过滤区632a和过滤区632b的过滤器632，但是应当理解，可以在过滤器632中实现任意数量的过滤区。类似地，尽管图6E图示了过滤区632a中的三个段和过滤区632b中的两个段，但是应当理解，可以在每个过滤区内实现任意数量的段。
图6F示出了根据本公开的一些实施例的具有可移动无源能量过滤器632的带电粒子束设备的另一示例(600F)。可移动无源能量过滤器632可以具有图6C-图6E所示的配置。如前面参考图3A所述，一些BSE(例如，路径393上的电子)可以具有大的发射角，使得物镜组件322不能将BSE 393聚焦到电子检测器631上。在一些实施例中，设备600F可以包括附加的电子检测器641来检测具有大发射角的那些BSE(例如，在路径393上行进的电子)。尽管图6F示出了具有可移动无源能量过滤器的设备，但是无源能量过滤器632可以被实现为固定过滤器(类似于图6A所示的无源能量过滤器632)。
现在参考图7，其图示了根据本公开的实施例的形成图4A-图4C的信号电子检测器的示例性方法。
在步骤A1中，衬底700被提供。衬底700可以是具有第一表面701s和第二表面702s的半导体晶片的一部分。衬底700可以由硅、锗或其它适当的半导体材料制成。尽管图7示出了使用轻掺杂N-硅晶片作为衬底700的示例过程，但是应当理解，可以使用不同的材料，例如P-掺杂半导体。
在步骤A2中，第一半导体层720在具有第一表面701s的衬底700的一部分中形成。在一些实施例中，第一半导体层720可以包括p-型半导体。例如，为了创建第一半导体层720，衬底700可以被掺杂有三价杂质，诸如硼、铝、镓等，以创建自由空穴。掺杂杂质(例如，硼)可以从衬底700的第一表面701s注入。在一些实施例中，第一半导体层720可以是重掺杂的，诸如图7所示的P+区。
如先前参考图4A-图4C所述，当检测器处于正常操作时，第一半导体层720的未耗尽区(诸如图4B的未耗尽区420b)可以形成能量势垒，能量势垒基于其发射能量，选择性地滤除某个类型的传入信号电子。能量势垒可以随着未耗尽区的厚度增加而增加，并且因此能量势垒可以通过改变未耗尽区的厚度来改变。其中，未耗尽区的厚度可以与第一半导体层720的掺杂浓度或厚度相关。因此，包括第一半导体层720的掺杂浓度和厚度的多个制造旋钮可以在步骤A2之前基于能量过滤器的期望特性(诸如能量势垒的水平)来确定。
在步骤A3中，第二半导体层730和第三半导体层740在衬底700的主体内形成。第三半导体层740形成在具有第二表面702s的衬底700的一部分中。在一些实施例中，第三半导体层740可以包括n-型半导体区。例如，为了创建第三半导体层740，衬底700可以被掺杂有五价杂质，诸如磷、锑、砷等，以创建自由电子。掺杂杂质(例如磷)可以从衬底700的第二表面702s注入。类似于第一半导体层720，第三半导体层740可以是重掺杂区，诸如图7所示的N+区。
在第一半导体层和第三半导体层(层720、层740)形成之后，这两个层之间的其余部分可以成为第二半导体层730。由于第二半导体层730保持未掺杂或略微n-掺杂或p-掺杂而不存在任何显著的掺杂剂物质，所以该层被称为本征半导体区。与相邻的P+区(第一半导体层720)和N+区(第三半导体层740)一起，本征半导体区(第二半导体层730)形成PIN区。
当反向偏置被施加到检测器时，耗尽区(诸如图4B的耗尽区437)可以在PIN区内形成。在一些实施例中，耗尽区可以几乎完全存在于第二半导体层730内。因此，作为控制耗尽区厚度的因素之一的第二半导体层730的厚度可以在步骤A1和A2之前基于传入信号电子的特性(例如，传入电子的发射能量的范围)来确定。
在步骤A4中，第一金属层710形成在衬底700的第一表面701上并与第一半导体层720相邻。例如，在掺杂杂质被引入衬底700中之后，第一金属层710可以被沉积在第一半导体层720(P+区)的顶部上。
第一金属层710可以被配置为接收信号电子(未示出)。因此，第一金属层710可以是薄的并且由轻金属制成，以减少传入电子的散射和能量损失。例如，第一金属层710的材料可以是铝或高导电性且容易被信号电子穿透的其他金属。第一金属层710的厚度和材料可以基于对除了入射电子之外的粒子的阻挡的考虑来确定，以降低噪声或基于一些信号电子的发射能量来滤除一些信号电子(例如，滤除具有非常低的发射能量的SE)。
在步骤A5中，第二金属层750形成在衬底700的第二表面702s上并与第三半导体层740相邻。例如，在掺杂杂质被引入衬底700中之后，第二金属层750可以被沉积在第二半导体层740(N+区)的顶部上。第二金属层750的材料可以是具有高表面导电性的金属，诸如铝或铜。与第一金属层710不同，在一些实施例中，第二金属层750可以不需要是电子可高度穿透的。
尽管图7图示了描述形成电子检测器的制造过程的示例性顺序的方法，但是应当理解，一些步骤可以被重新排序。例如，第三半导体层740可以在第一半导体层720之前形成。第一金属层710可以在第二金属层750之前形成。
本公开的各方面在以下编号的条款中阐述：
1.一种用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器，包括：
具有第一部分和第二部分的第一半导体层；
与第一半导体层相邻的第二半导体层；
与第二半导体层相邻的第三半导体层；
由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区；
电源，被配置为在第一半导体层和第三半导体层之间施加反向偏置；以及
通过反向偏置在PIN区内形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成检测器信号，
其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及被配置为允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
2.根据条款1所述的检测器，其中耗尽区还包括第一半导体层的第一部分。
3.根据条款1和2中任一项所述的检测器，其中耗尽区还包括第三半导体层的一部分。
4.根据条款1-3中任一项所述的检测器，其中第二半导体层的部分包括第二半导体层的整体。
5.根据条款1-4中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第一子集包括具有足够高的能量以穿过能量势垒的电子。
6.根据条款1-5中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第二子集包括具有不足以穿过能量势垒的能量的电子。
7.根据条款1-6中任一项所述的检测器，其中检测器信号还受内部电子的第一集合的影响，内部电子的第一集合由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成。
8.根据条款7所述的检测器，其中内部电子的第一集合包括具有足够高的能量以穿过能量势垒的电子。
9.根据条款7和8中任一项所述的检测器，其中第一半导体层的第二部分还被配置为防止内部电子的第二集合到达耗尽区，其中内部电子的第二集合由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成，并且具有不足以穿过能量势垒的能量。
10.根据条款1-9中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有掺杂剂，并且第一半导体层的能量势垒的截止能级由第一半导体层中的掺杂浓度、第一半导体层的厚度、或者由电源施加的反向偏置电压来确定。
11.根据条款1-10中任一项所述的检测器，其中检测器信号基于由多个信号电子的第一子集或内部电子的第一集合在耗尽区内产生的电子-空穴对来生成。
12.根据条款1-11中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有p-型掺杂剂，并且第二和第三半导体层被掺杂有n-型掺杂剂。
13.根据条款12所述的检测器，其中第一半导体层附近的电势低于第三半导体层附近的电势。
14.根据条款1-11中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有n型掺杂剂，并且第二半导体层和第三半导体层被掺杂有p型掺杂剂。
15.根据条款14所述的检测器，其中第一半导体层附近的电势高于第三半导体层附近的电势。
16.根据条款1-15中任一项所述的检测器，进一步包括：
第一电极，其与第一半导体层相邻并且被耦合到电源的第一端子；以及
第二电极，其与第三半导体层相邻并且被耦合到电源的第二端子。
17.根据条款16所述的检测器，其中第一电极是与第一半导体层相邻的第一金属层的一部分。
18.根据条款16和17中任一项所述的检测器，其中第二电极是与第三半导体层相邻的第二金属层的一部分。
19.一种用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器，包括：
具有第一部分和第二部分的第一半导体层；
与第一半导体层相邻的第二半导体层；
第三半导体层的多个段，多个段中的每个段与第二半导体层相邻，
由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区；
电源，其被配置为在第一半导体层和第三半导体层之间施加反向偏置；以及
通过反向偏置在PIN区内形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成多个检测器信号，
其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及被配置为允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
20.根据条款19所述的检测器，其中耗尽区还包括第一半导体层的第一部分。
21.根据条款19和20中任一项所述的检测器，其中耗尽区还包括第三半导体层的一部分。
22.根据条款19-21中任一项所述的检测器，其中第二半导体层的部分包括第二半导体层的整体。
23.根据条款19-22中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第一子集包括具有足够高的能量来穿过能量势垒的电子。
24.根据条款19-23中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第二子集包括具有不足以穿过能量势垒的能量的电子。
25.根据条款19-24中任一项所述的检测器，其中多个检测器信号还受内部电子的第一集合的影响，内部电子的第一集合由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成。
26.根据条款25所述的检测器，其中内部电子的第一集合包括具有足够高的能量而穿过能量势垒的电子。
27.根据条款25和26中任一项所述的检测器，其中第一半导体层的第二部分还被配置为防止内部电子的第二集合到达耗尽区，其中内部电子的第二集合由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成，并且具有不足以穿过能量势垒的能量。
28.根据条款19-27中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有掺杂剂，并且第一半导体层的能量势垒的截止能级由第一半导体层中的掺杂浓度、第一半导体层的厚度、或由电源施加的反向偏置电压来确定。
29.根据条款19-28中任一项所述的检测器，其中多个检测器信号基于由多个信号电子的第一子集或内部电子的第一集合在耗尽区内产生的电子-空穴对而生成。
30.根据条款29所述的检测器，其中多个检测器信号之一基于由第三半导体层的多个段中的对应段捕获的电子-空穴对子集而生成。
31.根据条款30所述的检测器，其中对应段是距离生成电子-空穴对的子集的位置最近的段。
32.根据条款30所述的检测器，其中对应段由PIN区内的反向偏置生成的电场来确定。
33.根据条款19-32中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有p-型掺杂剂，并且第二半导体层和第三半导体层的多个段被掺杂有n-型掺杂剂。
34.根据条款33所述的检测器，其中第一半导体层附近的电势低于第三半导体层的多个段附近的电势。
35.根据条款19-32中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有n-型掺杂剂，并且第二半导体层和第三半导体层的多个段被掺杂有p-型掺杂剂。
36.根据条款35所述的检测器，其中第一半导体层附近的电势高于第三半导体层的多个段附近的电势。
37.根据条款19-36中任一项所述的检测器，进一步包括：
第一电极，其与第一半导体层相邻并且被耦合到电源的第一端子；
第二电极，其与第三半导体层的多个段中的一个段相邻并且被耦合到电源的第二端子；以及
第三电极，其与第三半导体层的多个段中的另一个段相邻并且被耦合到电源的第二端子。
38.根据条款37所述的检测器，其中第一电极包括与第一半导体层相邻的第一金属层的一部分。
39.根据条款37和38中任一项所述的检测器，其中第二电极和第三电极是与第三半导体层相邻的第二金属层的部分。
40.一种用于制造具有能量势垒的电子检测器的方法，能量势垒基于电子的能量来滤除电子，方法包括：
提供半导体衬底，半导体衬底具有：
第一部分；
与第一部分相邻的第二部分；以及
与第二部分相邻的第三部分；
通过使用第一类型的掺杂剂掺杂衬底的第一部分来形成第一半导体层；
通过使用第二类型的掺杂剂掺杂衬底的第三部分来形成第三半导体层；以及
在衬底的第二部分中形成第二半导体层，
其中第一半导体层中的第一类型的掺杂剂的掺杂浓度被确定以配置电子检测器的能量势垒，并且
第一半导体层的厚度被确定以进一步配置电子检测器的能量势垒。
41.根据条款40所述的方法，其中在衬底的第一部分和第三部分被掺杂之后，第二半导体层形成在衬底的第二部分中。
42.根据条款40和41中任一项所述的方法，其中第三半导体层具有比第二半导体层中的掺杂浓度高的掺杂浓度。
43.根据条款40-42中任一项所述的方法，还包括形成与第一半导体层相邻的第一金属层。
44.根据条款43所述的方法，其中第一金属层被配置为接受来自电源的第一端子的连接。
45.根据条款44所述的方法，还包括形成与第三半导体层相邻的第二金属层。
46.根据条款45所述的方法，其中第二金属层被配置为接受来自电源的第二端子的连接。
47.根据条款43-46中任一项所述的方法，其中第一金属层包括被配置为用作阳极或阴极的第一电极。
48.根据条款43-47中任一项所述的方法，其中第二金属层包括被配置为用作阴极或阳极的第二电极。
49.一种用于检查样品的带电粒子束设备，包括：
带电粒子束源，被配置为沿着主光轴发射带电粒子束；
物镜，被配置为将带电粒子束聚焦到样品上；以及
根据条款1-39中任一项所述的电子检测器，被配置为检测从带电粒子束入射到样品上而生成的多个信号电子。
50.根据条款49所述的设备，还包括在电子检测器与样品之间的无源能量过滤器。
51.根据条款49所述的设备，还包括在第一位置与第二位置之间可移动的无源能量过滤器，其中：
当设备在高过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在样品与电子检测器之间的第一位置，并且被配置为滤除多个信号电子的第一子集，以及
当设备在低过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在远离电子检测器的第二位置，并且被配置为允许多个信号电子的第二子集穿过以到达电子检测器，其中多个信号电子的第二子集包括具有与多个信号电子的第一子集类似能级的电子。
52.根据条款51所述的设备，其中无源能量过滤器被配置为提供除了电子检测器的能量势垒之外的第一外部能量势垒，以滤除多个信号电子的子集。
53.根据条款52所述的设备，其中设备在高过滤模式下操作时，被配置为滤除多个信号电子的如下子集：该子集具有比电子检测器的能量势垒与无源能量过滤器的第一外部能量势垒的总和低的能量。
54.根据条款49所述的设备，还包括在第一位置、第二位置和第三位置之间可移动的无源能量过滤器，无源能量过滤器包括具有第一外部能量势垒的第一过滤区和具有第二外部能量势垒的第二过滤区。
55.根据条款54所述的设备，其中：
当设备在第一过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在第一位置，使得第一过滤区被定位在该样品与电子检测器之间并且被配置为提供除了电子检测器的能量势垒之外的第一外部能量势垒，
当设备在第二过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在第二位置，使得第二过滤区被定位在样品与电子检测器之间，并且被配置为提供除了电子检测器的能量势垒之外的第二外部能量势垒，并且
当设备在第三过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在远离电子检测器的第三位置。
56.根据条款54和55中任一项所述的设备，第一外部能量势垒高于第二外部能量势垒。
57.根据条款50-56中任一项所述的设备，其中无源能量过滤器包括能够衰减多个信号电子的能量的任何材料。
58.根据条款50-57中任一项所述的设备，其中无源能量过滤器包括半导体材料或导体材料。
59.根据条款49所述的设备，还包括无源能量过滤器，无源能量过滤器包括多个过滤段，多个过滤段中的每个段被配置为提供不同水平的能量势垒。
60.根据条款59所述的设备，其中无源能量过滤器是可移动的。
61.一种用于检查样品的带电粒子束设备，包括：
带电粒子束源，被配置为沿着主光轴发射带电粒子束；
物镜，被配置为将带电粒子束聚焦到样品上；
电子检测器，其被配置为检测从带电粒子束入射到样品上而生成的多个信号电子；以及
在电子检测器和样品之间的无源能量过滤器。
62.根据条款61所述的设备，其中无源能量过滤器能够在第一位置与第二位置之间移动，其中：
当设备在高过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在样品与电子检测器之间的第一位置，并且被配置为滤除多个信号电子的子集，以及
当设备在低过滤模式下操作时，无源能量过滤器被定位在远离电子检测器的第二位置，并且被配置为允许多个信号电子的子集穿过以到达电子检测器。
63.根据条款61和62中任一项所述的设备，其中电子检测器包括根据条款1-39中任一项所述的电子检测器。
64.根据条款61-63中任一项所述的设备，其中无源能量过滤器被配置为提供第一外部能量势垒以滤除多个信号电子的子集。
65.根据条款64所述的设备，其中设备在高过滤模式下操作时，被配置为滤除具有比无源能量过滤器的第一外部能量势垒低的能量的多个信号电子的子集。
66.根据条款61-65中任一项所述的设备，其中无源能量过滤器包括多个过滤段，多个过滤段中的每个过滤段被配置为提供不同水平的能量势垒。
67.根据条款61-66中任一项所述的设备，其中无源能量过滤器包括能够衰减多个信号电子的能量的材料。
68.根据条款61-67中任一项所述的设备，其中无源能量过滤器包括半导体材料或导体材料。
69.一种用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器，包括：
具有第一部分和第二部分的第一半导体层；
与第一半导体层相邻的第二半导体层；
与第二半导体层相邻的第三半导体层；
由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区；以及
由施加到PIN区的反向偏置而形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成检测器信号，
其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及被配置为允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
70.根据条款69所述的检测器，其中耗尽区还包括第一半导体层的第一部分。
71.根据条款69和70中任一项所述的检测器，其中耗尽区还包括第三半导体层的一部分。
72.根据条款69-71中任一项所述的检测器，其中第二半导体层的部分包括第二半导体层的整体。
73.根据条款69-72中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第一子集包括具有足够高的能量以穿过能量势垒的电子。
74.根据条款69-73中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第二子集包括具有不足以穿过能量势垒的能量的电子。
75.根据条款69-74中任一项所述的检测器，其中检测器信号基于由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成的内部电子的第一集合来生成。
76.根据条款75所述的检测器，其中内部电子的第一集合包括具有足够高的能量而穿过能量势垒的电子。
77.根据条款75和76中任一项所述的检测器，其中第一半导体层的第二部分还被配置为防止内部电子的第二集合到达耗尽区，其中内部电子的第二集合由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成，并且具有不足以穿过能量势垒的能量。
78.根据条款69-77中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有掺杂剂，并且第一半导体层的能量势垒的截止能级由第一半导体层中的掺杂浓度或第一半导体层的厚度来确定。
79.根据条款69-78中任一项所述的检测器，其中检测器信号基于由多个信号电子的第一子集在耗尽区内产生的电子-空穴对来生成。
80.一种用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器，包括：
具有第一部分和第二部分的第一半导体层；
与第一半导体层相邻的第二半导体层；
第三半导体层的多个段，多个段中的每个段与第二半导体层相邻，
由第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层形成的PIN区；以及
由施加到PIN区的反向偏置而形成的耗尽区，耗尽区包括第二半导体层的一部分，并且耗尽区被配置为基于在耗尽区内捕获的多个信号电子的第一子集来生成多个检测器信号，
其中第一半导体层的第二部分未被耗尽，并且被配置为提供能量势垒以阻挡多个信号电子的第二子集，以及被配置为允许多个信号电子的第一子集穿过以到达耗尽区。
81.根据条款80所述的检测器，其中耗尽区还包括第一半导体层的第一部分。
82.根据条款80和81中任一项所述的检测器，其中耗尽区还包括第三半导体层的一部分。
83.根据条款80-82中任一项所述的检测器，其中第二半导体层的部分包括第二半导体层的整体。
84.根据条款80-83中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第一子集包括具有足够高的能量以穿过能量势垒的电子。
85.根据条款80-84中任一项所述的检测器，其中多个信号电子的第二子集包括具有不足以穿过能量势垒的能量的电子。
86.根据条款80-85中任一项所述的检测器，其中多个检测器信号基于内部电子的第一集合而生成，内部电子的第一集合通过多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用而生成。
87.根据条款86所述的检测器，其中内部电子的第一集合包括具有足够高的能量以穿过能量势垒的电子。
88.根据条款86和87中任一项所述的检测器，其中第一半导体层的第二部分还被配置为防止内部电子的第二集合到达耗尽区，其中内部电子的第二集合由多个信号电子与第一半导体层的第二部分之间的相互作用生成并且具有不足以穿过能量势垒的能量。
89.根据条款80-88中任一项所述的检测器，其中第一半导体层被掺杂有掺杂剂，并且第一半导体层的能量势垒的截止能级由第一半导体层中的掺杂浓度或第一半导体层的厚度来确定。
90.根据条款80-89中任一项所述的检测器，其中多个检测器信号基于由多个信号电子的第一子集在耗尽区内产生的电子-空穴对而生成。
91.根据条款90所述的检测器，其中多个检测器信号中的一个检测器信号是基于由第三半导体层的多个段中的对应段捕获的电子-空穴对的子集而生成。
92.根据条款91所述的检测器，其中对应段是距离生成电子-空穴对的子集的位置最近的段。
93.根据条款91所述的检测器，其中对应段由PIN区内的反向偏置生成的电场来确定。
可以提供非暂时性计算机可读介质来存储用于控制器(例如，图1的控制器50)的处理器的指令，以执行带电粒子束检测、图像处理、调整偏置电压、在各种过滤模式之间切换、移动外部无源能量过滤器(例如，图6A-图6E的过滤器632)或者根据本公开的其它功能和方法等。非暂时性介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动装置、磁带或任何其它磁性数据存储介质、光盘只读存储器(CD-ROM)、任何其它光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)以及可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒、以及它们的联网版本。
应理解，本公开的实施例不限于上文已描述且在附图中图示的确切构造，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下作出各种修改和改变。已结合各种实施例描述了本公开，考虑到本文所公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施例对本领域技术人员将是显而易见的。说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求指示。
以上描述旨在例示而非限制。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离以下阐述的权利要求的范围的情况下，可以如所描述的进行修改。

Claims (15)

1.一种用于检测从样品生成的多个信号电子的电子检测器，包括：
具有第一部分和第二部分的第一半导体层；
与所述第一半导体层相邻的第二半导体层；
与所述第二半导体层相邻的第三半导体层；
由所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述第三半导体层形成的PIN区；
电源，被配置为在所述第一半导体层和所述第三半导体层之间施加反向偏置；以及
通过所述反向偏置在所述PIN区内形成的耗尽区，所述耗尽区包括所述第二半导体层的一部分，并且所述耗尽区被配置为基于在所述耗尽区内捕获的所述多个信号电子的第一子集来生成检测器信号，
其中所述第一半导体层的所述第二部分未被耗尽，并且所述第二部分被配置为提供能量势垒以阻挡所述多个信号电子的第二子集，以及所述第二部分被配置为允许所述多个信号电子的所述第一子集穿过以到达所述耗尽区。
2.根据权利要求1所述的检测器，其中所述耗尽区还包括所述第一半导体层的所述第一部分。
3.根据权利要求1所述的检测器，其中所述耗尽区还包括所述第三半导体层的一部分。
4.根据权利要求1所述的检测器，其中第二半导体层的所述部分包括所述第二半导体层的整体。
5.根据权利要求1所述的检测器，其中所述多个信号电子的所述第一子集包括具有足够高的能量以穿过所述能量势垒的电子。
6.根据权利要求1所述的检测器，其中所述多个信号电子的所述第二子集包括能量不足以穿过所述能量势垒的电子。
7.根据权利要求1所述的检测器，其中所述检测器信号还受内部电子的第一集合的影响，内部电子的所述第一集合由所述多个信号电子与所述第一半导体层的所述第二部分之间的相互作用生成。
8.根据权利要求7所述的检测器，其中内部电子的所述第一集合包括具有足够高的能量以穿过所述能量势垒的电子。
9.根据权利要求7所述的检测器，其中所述第一半导体层的所述第二部分还被配置为防止内部电子的第二集合到达所述耗尽区，其中内部电子的所述第二集合由所述多个信号电子与所述第一半导体层的所述第二部分之间的相互作用生成，并且内部电子的所述第二集合具有不足以穿过所述能量势垒的能量。
10.根据权利要求1所述的检测器，其中所述第一半导体层被掺杂有掺杂剂，并且所述第一半导体层的所述能量势垒的截止能级由所述第一半导体层中的掺杂浓度、所述第一半导体层的厚度、或者由所述电源施加的反向偏置电压来确定。
11.根据权利要求1所述的检测器，其中所述检测器信号基于由所述多个信号电子的所述第一子集或内部电子的所述第一集合在所述耗尽区内产生的电子-空穴对而生成。
12.根据权利要求1所述的检测器，其中所述第一半导体层被掺杂有p-型掺杂剂，并且所述第二半导体层和所述第三半导体层被掺杂有n-型掺杂剂。
13.根据权利要求12所述的检测器，其中所述第一半导体层附近的电势低于所述第三半导体层附近的电势。
14.根据权利要求1所述的检测器，其中所述第一半导体层被掺杂有n-型掺杂剂，并且所述第二半导体层和所述第三半导体层被掺杂有p-型掺杂剂。
15.一种用于制造具有能量势垒的电子检测器的方法，所述能量势垒基于电子的能量来滤除所述电子，所述方法包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底具有：
第一部分；
与所述第一部分相邻的第二部分；以及
与所述第二部分相邻的第三部分；
通过使用第一类型的掺杂剂掺杂所述衬底的所述第一部分来形成第一半导体层；
通过使用第二类型的掺杂剂掺杂所述衬底的所述第三部分来形成第三半导体层；以及
在所述衬底的所述第二部分中形成第二半导体层，
其中所述第一半导体层中的所述第一类型的掺杂剂的掺杂浓度被确定以配置所述电子检测器的所述能量势垒，并且
所述第一半导体层的厚度被确定以进一步配置所述电子检测器的所述能量势垒。
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