ES2890176B2 - Detector para medir la energia de electrones en microscopios electronicos de barrido - Google Patents
Detector para medir la energia de electrones en microscopios electronicos de barrido Download PDFInfo
- Publication number
- ES2890176B2 ES2890176B2 ES202030673A ES202030673A ES2890176B2 ES 2890176 B2 ES2890176 B2 ES 2890176B2 ES 202030673 A ES202030673 A ES 202030673A ES 202030673 A ES202030673 A ES 202030673A ES 2890176 B2 ES2890176 B2 ES 2890176B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- detector
- electrons
- sensor
- diffusions
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2964—Scanners
- G01T1/2971—Scanners using solid state detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
DESCRIPCI N
DETECTOR PARA MEDIR LA ENERGÍA DE ELECTRONES EN MICROSCOPIOS
ELECTRÓNICOS DE BARRIDO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención propuesta se encuadra dentro del diseño microelectrónico de sensores o detectores para su uso en microscopios electrónicos. Concretamente se describe un nuevo tipo de sensor o detector para medir la energía de electrones en microscopios electrónicos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los microscopios electrónicos son una tecnología habilitadora profusamente empleada en la ciencia y la tecnología porque permite el estudio físico y químico de estructuras con dimensiones, que van desde la escala atómica hasta escalas de cientos de micrómetros, desde dispositivos semiconductores o catalizadores hasta productos farmacéuticos o biomoléculas.
Existen varios tipos de microscopios electrónicos. La presente invención describe un sensor para detectar electrones en el tipo de microscopios electrónicos de barrido conocidos por su acrónimo SEM del inglés, Scanning Electron Microscopy. Estos microscopios SEM operan con electrones primarios (EP) acelerados con energías ajustables entre 0.1 keV y 30 keV. En los microscopios SEM un haz de electrones se enfoca en un punto de la muestra y se obtienen imágenes escaneando secuencialmente la sonda punto-a-punto.
Tal y como se muestra en la figura 1, cuando un material (7) colocado dentro del SEM (1) es bombardeado con un fino haz de electrones primarios (4) o EPs, se producen una multitud de procesos que generan nuevos electrones o fotones (2, 3, 5, 6) que pueden medirse con sensores para obtener información del material. Una parte de los EPs son electrones transmitidos (8) (ET), otros son restrodispersados (BSE), se generan electrones secundarios (SE), y también fotones en el rango ultravioletavisible-infrarrojo (CL) y fotones rayos-X.
Cada una de estas señales de electrones y fotones se miden con diferentes sensores que están localizados en distintas ubicaciones del microscopio SEM. Los sensores tienen en común que disponen de algún tipo de circuito electrónico para medir la intensidad de la señal a partir de la cual se obtiene información de las propiedades del material que se estudia.
A continuación, se describe el estado de la técnica para medir los electrones en microscopios electrónicos.
En primer lugar, los filtros de energía para electrones, que se utilizan para medir la energía de los electrones, son fabricado con lentes electromagnéticas. Estas lentes electromagnéticas sirven para dispersar los electrones en función de su energía y para enfocarlos en un centelleador que emite fotones en el espectro visible.
Los fotones generados se detectan con un sensor electrónico formado por una matriz de pixeles que contienen fotodiodos. Cada pixel de esta matriz genera una señal asociada a un rango de energía, y el conjunto de señales es un espectro que contiene la información sobre la composición química de la muestra. Los filtros de energía permiten obtener espectros con resoluciones energéticas del orden de unos pocos electrón-voltios (5 eV o menos) y operan en modo integración.
Los filtros de energía para electrones presentan una serie de limitaciones:
- Las lentes electromagnéticas al igual que las lentes ópticas sufren de aberraciones y por ello el “filtro de electrones” es un dispositivo que requiere ser fabricado con técnicas de mecanizado de alta precisión y circuitos electrónicos de control complejos.
- Para poder obtener un espectro de energía el “filtro de energías” debe ser colocado debajo de la muestra de material que quiere analizarse. Pero el filtro por diseño es un sistema voluminoso difícil de integrar en el espacio limitado de los microscopios SEM. De hecho, actualmente estos filtros sólo se emplean en otro tipo de microscopios llamados TEM (Microscopio Electrónico de Transmisión).
- En un microscopio SEM, los electrones EP del haz son acelerados con un valor de energía variable entre 0.3 keV y 30 keV. Además, el haz de electrones se
desplaza sobre la muestra ya que es un microscopio de barrido, cubriendo área de grandes dimensiones, típicamente de varios micrómetros cuadrados, pm2. Todo esto hace muy difícil diseñar un “filtro de energías” para SEM que sea funcional, ya que las aberraciones de las lentes electromagnéticas dependerán del punto de entrada del haz de electrones en el filtro y de la energía del haz de electrones. Un filtro sería inviable para poder obtener mapas químicos de grandes áreas del material como suele ser el caso de las aplicaciones más comunes de los SEM.
En segundo lugar, se utilizan también para medir los electrones en microscopios electrónicos los detectores de estado sólido para electrones. Se ha mencionado que los filtros de energía no se emplean en los SEM. Los detectores de electrones (PE, SE, BSE o ET) en los SEM son dispositivos de estado sólido que miden sólo la intensidad de la señal.
Su funcionamiento se basa en el fenómeno de ionización que produce los electrones al impactar en el material del sensor contenido en los detectores. En los sensores más comunes el material es silicio de alta pureza con una corriente de fuga muy baja. La principal característica distintiva de estos sensores es la existencia de un campo eléctrico transversal generado por una serie de electrodos que hace que los portadores de carga resultantes del impacto de un electrón "se desvíen" hacia unos electrodos de recolección. La carga en su movimiento hacia los electrodos genera unas débiles corrientes eléctricas que se miden con un circuito electrónico amplificador que convierte la corriente en una señal eléctrica medible.
Es importante entender que la ionización del sensor de estado sólido produce una carga variable que depende de la intensidad y de la energía de las partículas incidentes. Y con los sensores de estado sólido descritos no es posible diferenciar si los cambios en la señal eléctrica medida se deben a un cambio de intensidad o a un cambio de la energía de los electrones incidentes.
En resumen, no existe ningún dispositivo que permita medir la energía de los electrones en un SEM. Los únicos dispositivos existentes son “filtros de energía” que por sus características sólo se emplean en microscopios TEM, pero no en los SEM.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención describe un detector de electrones de estado sólido que permite medir la intensidad y la energía de electrones PE (Electrones Primarios), ET (Electrones Transmitidos), SE (Electrones Secundarios), BSE (Electrones retrodispersados) que se generan en un microscopio SEM (microscopio electrónico de barrido), que permite superar las limitaciones de los “filtros de energía” electromagnéticos.
Es conocido que al ionizar un sensor de estado sólido se genera una carga, siendo este un fenómeno físico que se emplea para medir la energía de los electrones incidentes.
Un ejemplo de sensor de estado sólido son los fotodiodos que se emplean para medir la intensidad de un haz de fotones (la luz). Consisten en una región de semiconductor con dopado de tipo n+ (alta concentración de impurezas donadoras) en un sustrato de silicio tipo p, en el que predominan las impurezas aceptoras.
Son empleados profusamente en los pixeles de los sensores de las cámaras de fotografía. Cuando la luz incide en el fotodiodo se generan portadores libres que se miden con un circuito electrónico amplificador. La señal eléctrica (fotocorriente) es proporcional a la intensidad de la luz y al color (la energía de los fotones) de la luz, pero con un fotodiodo no es posible distinguir qué parte de la señal se debe al color y cuál a la intensidad.
El detector que se describe en la presente invención se basa en un circuito integrado con dos o tres fotodiodos en un sustrato de silicio. Estos dos o tres fotodiodos se fabrican Apilados Verticalmente (que se denominarán FAV de aquí en adelante). O de otro modo, los sensores FAV son fotodiodos que son fabricados en el mismo punto del sustrato de silicio, pero a distintas profundidades. Su fabricación se lleva a cabo en foundries o fundidoras (fábricas de circuitos integrados) y se emplea tecnología CMOS que incluyen la posibilidad de realizar difusiones deep-n well de manera estándar.
Los sensores FAV se inventaron para medir la energía (el color) de fotones en
aplicaciones ópticas y se conocen en inglés como “vertically-stackedphotodiodes’’. La energía de los fotones con un sensor FAV se mide aprovechando los distintos índices de absorción/penetración de los fotones en el silicio. Al usar dos o tres fotodiodos apilados, es posible descorrelacionar la energía de los fotones de la intensidad de la iluminación.
El detector de la invención comprende un sensor FAV para medir la energía de electrones en lugar de fotones. Al igual que en el caso de los fotones, cuando los electrones penetran en el sensor FAV se ionizan los átomos y se generan portadores de carga en los fotodiodos apilados. La carga generada en cada fotodiodo del sensor FAV depende de la energía de los electrones incidentes. La carga generada por un electrón en cada fotodiodo apilado se mide con dos o tres circuitos electrónicos asociados, que convierten la carga en señales eléctricas (fotocorrientes). Estas señales eléctricas se pueden analizar para obtener la energía de los electrones.
Las señales eléctricas del sensor FAV se pueden amplificar y medir de dos modos:
- Modo Conteo: La señal eléctrica se procesa a alta velocidad para detectar el impacto de cada electrón individual que llega al sensor FAV. Así, midiendo un gran número de electrones y su energía es posible obtener un espectro de energía. Este modo de medir la energía de los electrones uno a uno es lo que se conoce como modo conteo o Geiger.
- Modo Integrador: La señal eléctrica se mide durante un tiempo, resultado de medir la suma de la carga generada en el sensor FAV por todos los electrones que han impactado en ese intervalo de tiempo. De este modo se obtiene una energía promedio de los electrones.
El detector propuesto en la invención presenta las siguientes ventajas:
- Empleando un sensor de estado-sólido con dos o tres fotodiodos apilados verticalmente es posible medir separadamente la intensidad o la energía de los electrones incidentes en el sensor.
- Operando el sensor en modo integrador puede obtenerse la energía promedio de los electrones generados en un punto del material que se analiza. Operando el sensor en modo conteo puede obtenerse un espectro de energía de los
electrones en un punto del material que se analiza.
- Al poder medir la energía de los electrones, algo que no se hace actualmente en los SEM, es posible obtener imágenes con contraste químico en un SEM.
- Al ser un sensor de estado sólido que se fabrica con tecnologías estándar es muy compacto en tamaño, no requiere el uso de filtros electromagnéticos y es barato de fabricar.
Los sensores FAV son estructuras que ya se emplean para medir el color de los fotones y se han usado como pixeles en cámaras fotográficas. Aunque los sensores FAV se emplean para medir el color de fotones ópticos, no es evidente su aplicabilidad a la medición del color (energía) de los electrones en microscopios electrónicos. Fundamentalmente esto es así porque la física de la absorción/penetración de los electrones en el silicio son diferentes a los de los fotones ópticos. Los fotones ópticos son bosones, partículas sin carga eléctrica y de baja energía mientras que los electrones son fermiones de carga negativa que pueden ser de alta energía en un microscopio electrónico.
Las profundidades de las difusiones del sensor FAV que pueden fabricarse con las tecnologías CMOS están limitadas a profundidades máximas de unos 5 pm. Ese rango es compatible con los rangos de absorción de los fotones ópticos visibles (rango azul a rojo). En el caso de los electrones, en algunas aplicaciones se emplean electrones acelerados a 300 kV y que son absorbidos en el silicio en rangos de hasta 200 pm. En estos casos los sensores FAV no servirían para medir la energía de los electrones.
A pesar de las diferencias entre electrones y fotones, se han realizado simulaciones que demuestran que cuando un microscopio electrónico es operado con electrones de bajas energías relativas como las típicamente usadas en los microscopios SEM (que emplean electrones acelerados por debajo de 30 kV), entonces la profundidad de absorción máxima de los electrones en el silicio del sensor es compatible con la profundidad a la que pueden fabricarse los sensores FAV y que es de unos 5 pm.
Otra diferencia es que las dimensiones espaciales de los sensores FAV usados en aplicaciones ópticas (el tamaño de los pixeles) son muy pequeñas, del orden de 5 pm -10 pm. Para que los sensores FAV tengan utilidad en los SEM deben tener
dimensiones espaciales mucho mayores.
Por ejemplo, si se usa un sensor FAV para medir electrones ET, el tamaño del sensor FAV debe ser mayor que las dimensiones máximas con el que se hace el barrido del haz de electrones. Para los usos más comunes de los microscopios SEM, el barrido del haz de electrones varía entre 0.1 pm y 190 pm. Es decir, si se pretende barrer con el haz de electrones una superficie cuadrada de dimensiones B x B, el tamaño del FAV debe tener una dimensión lateral C, con C > B. Y por tanto las dimensiones del FAV para su uso en un SEM deberá ser de unos 200 micrómetros (pm).
Otra diferencia es que los detectores en un microscopio SEM están en vacío, con lo cual el calor que se genera en el chip no se disipa. Esto no sucede generalmente en aplicaciones ópticas. El detector de la presente invención comprende por tanto un sensor de temperatura que permita hacer un control de temperatura para evitar el sobrecalentamiento.
Por último, los sensores ópticos suelen llevar una tapa de cristal para proteger el chip del polvo y la humedad. La tapa de cristal es transparente a los fotones. En la aplicación que se propone, para SEM, los electrones no podrían atravesar la tapa de cristal y por tanto hay que eliminarla. De modo que para proteger el sensor FAV de polvo y humedad el detector comprende una tapa protectora retráctil.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de esta descripción, un juego de figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra las distintas señales generadas en un microscopio SEM.
Figura 2.- Muestra un esquema de un fotodiodo convencional formado por una fina difusión n+ de aproximadamente 1 pm en un sustrato de silicio tipo p.
Figura 3.- Muestra un detector de estado sólido FAV con tres difusiones.
Figura 4.- Muestra un detector de estado sólido FAV con dos difusiones.
Figura 5.- Muestra un esquema del sistema detector de electrones.
Figura 6.- Muestra un esquema de posibles localizaciones del detector en un SEM para poder medir distintos electrones.
Figura 7.- Muestra una posible realización del circuito que amplifica la señal de un fotodiodo del FAV.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación, con ayuda de las figuras 1 a 7, una realización preferente del detector (29) para medir la energía de un haz de electrones (12) en microscopios electrónicos de barrido SEM (1).
En la figura 1 se muestran las distintas señales generadas en un microscopio SEM (1) con el que se va a combinar el presente detector (29) para medir la energía de los electrones (12). En la figura se observa una fuente de electrones (1), que genera unos electrones primarios (4) que interaccionan con una muestra de material (7). Como resultado de esta interacción se generan electrones secundarios (SE) (6), electrones retrodispersados (BSE) (3), electrones transmitidos (ET) (8), fotones de rayos X (2) y fotones ópticos (CL) (5).
Por su parte, en la figura 2 se muestra un esquema de un fotodiodo convencional (9) del estado de la técnica, que comprende una capa fina de difusión n+ (10) de aproximadamente 1 pm sobre en un sustrato de silicio tipo p (11). Un electrón (12) que incida en el fotodiodo (9), al igual que un fotón, genera portadores de carga en un volumen. El ancho y profundidad de ese volumen varía según la energía del electrón.
Por ejemplo, se muestran en la figura 2 dos volúmenes para electrones incidentes (12), un primer volumen de 10 keV (13) y un segundo volumen de 30 keV (14). La densidad
de estos electrones incidentes (12) se puede medir con un circuito electrónico amplificador (15), conectado a uno de los terminales del fotodiodo, según se indica en la figura 2,, siendo la señal resultante proporcional a la energía y la intensidad del haz de electrones incidentes (12).
Por su parte, el detector (29) de la presente invención comprende, en primer lugar, un sensor con fotodiodos apilados verticalmente (17,18) (FAV), que se muestra en detalle en las figuras 3, y 4. Estos se fabrican empleando tecnologías de fabricación CMOS estándar. Sobre el sensor con FAV (17, 18) se difunde, empleando pasos convencionales, sobre un sustrato de silicio (11), dos o tres difusiones (10, 19, 20) con dopados distintos. Concretamente, en un sustrato de silicio (11) tipo p, hay que poder fabricar un sensor FAV (17, 18) apilando difusiones (10, 19, 20) del tipo n+, p-well, y deep n-well.
Por otra parte, como se muestra en las figuras 3 y 4, cada difusión (10, 19, 20) forma con la difusión (10, 19, 20) inmediatamente superior fotodiodos (32), en los que uno de sus terminales se conecta a un circuito electrónico (15) amplificador.
El circuito electrónico (15) conectado a cada difusión (10, 19, 20) debe ser capaz de amplificar corrientes eléctricas débiles y generar una señal de salida. El circuito electrónico (15) debe ser capaz de medir las fotocorrientes generadas por los fotodiodos, o bien detectar pulsos inducidos por el impacto de un electrón individual.
La señal generada puede ser de tipo analógica y/o digital y será medida, procesada y visualizada con la ayuda de un sistema de computación externo realizado con un microcontrolador o un ordenador.
En la figura 3 se muestra una realización del detector (29), en la que el sensor de estado sólido FAV (17) comprende tres difusiones. Como se refleja en la figura, el sensor FAV de tres difusiones (17) comprende tres difusiones apiladas con dopados tipo n+ (10), p (19) y una difusión deep n-well (20). Se muestra así mismo en la figura, en línea discontinua, el alcance de unos electrones incidentes (12) de 10KeV (13) y de 30KeV (14).
Las difusiones apiladas (10, 19, 20) tienen un grosor de 0.2pm, 1pm y 2pm. Las tres uniones de las difusiones forman respectivamente el fotodiodo (32) más cercano a la superficie, el intermedio y el más profundo. Los grosores de las difusiones (10, 19, 20) de un FVA de dos difusiones (17) serán aproximadamente de 1pm y 2pm. La anchura del sensor FAV (17) es variable, entre 5 pm a 1000 pm.
Cada difusión (10, 19, 20) está conectada a un circuito electrónico (15) que amplifica la corriente generada en cada difusión (10, 19, 20) por el impacto de los electrones (12) generados en un SEM (1). Esos circuitos electrónicos (15) permiten medir las corrientes en modo conteo o integración, y enviar los datos a un módulo de procesamiento/almacenamiento (16).
En la figura 4 se muestra una realización alternativa del dispositivo, en la que el sensor de estado sólido FAV (18) comprende dos difusiones (19, 20). En este caso el sensor FAV de dos difusiones (18) comprende dos difusiones apiladas (19, 20), una con dopado tipo p(19)y una difusión deep n-well (20). Se muestra así mismo en la figura, en línea discontinua, el alcance de unos electrones incidentes (12) de 10KeV (13) y de 30KeV (14).
En este caso, las difusiones apiladas (19, 20) tienen un grosor de entre 0.2 pm- 1 pm (10). La anchura del sensor FAV (18) es variable, entre 5 pm a 1000 pm. Cada difusión (19, 20) está conectada a un circuito electrónico (15) que amplifica la corriente generada en cada en cada difusión (19, 20) por el impacto de electrones (12) generados en un microscopio SEM (1). Esos circuitos electrónicos (15) permiten medir las corrientes en modo conteo o integración, y enviar los datos a otros módulos de procesamiento/almacenamiento (16).
Operando los microscopios con electrones de bajas energías relativas como las típicamente usadas en los SEM (1) de entre 0.2keV y 30keV, la profundidad de absorción de los electrones (12) es compatible con la profundidad máxima de 5pm a la que se puede fabricar un diodo con tecnología CMOS estándar.
La anchura del sensor FAV (17, 18) debe ser mayor que las dimensiones máximas con el que se hace el barrido del haz de electrones (12). Por ejemplo, para medir los electrones transmitidos (ET) en un microscopio SEM (1), el barrido del haz de electrones (12) puede variar entre 0.1pm y 190pm. Por lo tanto, es recomendable que la anchura (dimensión transversal) del sensor FAV (17, 18) para medir ET en un microscopio SEM (1) sea superior a unos 200pm aproximadamente.
En la figura 6 se representa un esquema de las posibles localizaciones del detector (29) en un SEM (1) para poder medir distintos electrones: Por encima de la muestra para medir electrones retrodispersados (BSE) (3), por debajo de la muestra para medir electrones transmitidos (ET) (8), en un lateral para medir electrones secundarios (SE) (6). En este último caso, los electrones son atraídos hacia el detector (29) con una rejilla metálica (30) conectada a un potencial eléctrico positivo.
En la figura 5 se muestra un esquema del detector (29) de electrones. Además del sensor FAV (17, 18), el detector (29) comprende un circuito integrado (21) (chip CMOS). Sobre el circuito integrado se posiciona el sensor FAV (17, 18) separado espacialmente del circuito electrónico (15). El circuito electrónico (15) amplifica las corrientes eléctricas de los fotodiodos (32) del sensor FAV (17, 18).
El circuito integrado (21) comprende además un sensor de temperatura (22) y unas conexiones externas para medir las señales amplificadas del sensor FAV (17, 18), concretamente, una conexión de medida de la temperatura (23), una conexión de medida de una señal de entrada (24) (trígger o disparo) para poder sincronizar el detector (29) con el SEM (1). Además, el detector (29) comprende una conexión externa (25) para alimentar todos los componentes del detector (29).
Por otra parte, y como se muestra en la figura 5, el detector (29) comprende una tapa protectora retráctil (26) movida por un sistema mecánico (27) asociado, necesaria para proteger el circuito integrado (21) de humedad y polvo, y un sistema de refrigeración por conducción (28) en contacto con el circuito integrado (21).
En la figura 7, se presenta una posible implementación eléctrica del circuito electrónico (15) que amplifica la señal de un fotodiodo (32) del sensor FAV (17, 18). El circuito
electrónico (15) sigue el esquema Integrate-and-Fire (l&F), en el que los fotodiodos (32) están conectados a un oscilador (31) ajustable que conmuta entre dos estados a una velocidad definida por la corriente de entrada generada en el fotodiodo (32). El oscilador (31) genera pulsos de tensión con una frecuencia proporcional a la fotocorriente del diodo (32) que se conecta a su entrada.
La presente invención tiene una aplicación industrial directa como accesorio necesario en los microscopios electrónicos de barrido, SEM (1).
Esta tecnología ofrecería oportunidades para el desarrollo de nuevos detectores (29), más baratos y compactos. Además, al poder medir la energía de los electrones (12) generados en un SEM (1), permitirían nuevas aplicaciones adicionales. Por ejemplo, al poder “filtrar” las imágenes según la energía (color) de los electrones (12) podría:
- Eliminarse la contribución inelástica a las imágenes, lo que permitiría por ejemplo la visualización mejorada de materiales orgánicos y muestras biológicas.
- Obtener espectros de energía sin necesidad de “filtros de electrones/fotones”.
- Obtener de manera sencilla imágenes con contraste químico independientemente de la intensidad o energía primaria del haz de electrones (12).
Claims (10)
1.- Detector (29) para medir la energía de electrones (12) en microscopios electrónicos de barrido (1), que comprende:
- al menos un sensor de fotodiodos apilados verticalmente (17, 18) que comprende un sustrato de silicio (11), sobre el que se apilan al menos dos difusiones (10, 19, 20) con dopados diferentes, formándose entre difusiones (10, 19, 20) con distinto dopaje una unión, de manera que cada unión entre difusiones (10, 19, 20) forma un fotodiodo (32) de conexión que genera una fotocorriente al recibir el impacto de los electrones (12),
- unos circuitos electrónicos (15) conectados a cada fotodiodo (32), que miden las fotocorrientes que circulan por cada fotodiodo (32), o detectan pulsos de fotocorrientes inducidas por el impacto de un electrón (12), y
- un módulo de procesamiento y almacenamiento (16) conectado a los circuitos electrónicos (15).
2.- El detector (29) de la reivindicación 1, en el que el sensor con fotodiodos apilados verticalmente (18) comprende dos difusiones (10, 19) siendo una primera difusión (10) más próxima al haz de electrones (12) de tipo n+, y una difusión más alejada (19) del haz de electrones (12) de tipo p.
3.- El detector (29) de la reivindicación 2, en el que las difusiones (10, 19) tienen un grosor de aproximadamente d e l p m y 2pm respectivamente.
4.- El detector (29) de la reivindicación 1, en el que el sensor con fotodiodos apilados verticalmente (18) comprende tres difusiones (10, 19, 20) siendo una primera difusión (10) más próxima al haz de electrones (12) de tipo n+, una difusión intermedia (19) de tipo p, y una difusión más alejada (20) del haz de electrones (12) de tipo deep n-well.
5.- El detector (29) de la reivindicación 4, en el que las difusiones (10, 19, 20) tienen un grosor de 0.2pm, 1pmy 2pm aproximadamente respectivamente.
6.- El detector (29) de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un sensor de temperatura (22) asociado a el al menos un sensor de fotodiodos apilados verticalmente (17, 18).
7.- El detector (29) de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una conexión de medida (24) de una señal de entrada de disparo de sincronización entre el detector (29) y el microscopio electrónico de barrido (1).
9. - El detector (29) de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un sistema de refrigeración por conducción (28) en contacto con el al menos un sensor de fotodiodosapiladosverticalmente(17, 18).
10. - El detector (29) de la reivindicación 1, en el que el circuito electrónico (15) comprende un oscilador (31) ajustable que conmuta entre dos estados a una velocidad definida por la fotocorriente generada en el fotodiodo (32).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES202030673A ES2890176B2 (es) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Detector para medir la energia de electrones en microscopios electronicos de barrido |
PCT/ES2021/070420 WO2022003220A1 (es) | 2020-07-01 | 2021-06-08 | Detector para medir la energía de electrones en microscopios electrónicos de barrido |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES202030673A ES2890176B2 (es) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Detector para medir la energia de electrones en microscopios electronicos de barrido |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2890176A1 ES2890176A1 (es) | 2022-01-17 |
ES2890176B2 true ES2890176B2 (es) | 2022-10-31 |
Family
ID=79315617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES202030673A Active ES2890176B2 (es) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Detector para medir la energia de electrones en microscopios electronicos de barrido |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2890176B2 (es) |
WO (1) | WO2022003220A1 (es) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024028076A1 (en) * | 2022-08-04 | 2024-02-08 | Asml Netherlands B.V. | Semiconductor charged particle detector and methods thereof |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2345815A1 (fr) * | 1976-01-30 | 1977-10-21 | Thomson Csf | Nouveau detecteur solide de rayonnement ionisant |
JP2001305234A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-10-31 | Nikon Corp | 半導体電子線検出器 |
GB0411926D0 (en) * | 2004-05-27 | 2004-06-30 | Isis Innovation | Direct electron detector |
-
2020
- 2020-07-01 ES ES202030673A patent/ES2890176B2/es active Active
-
2021
- 2021-06-08 WO PCT/ES2021/070420 patent/WO2022003220A1/es active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2890176A1 (es) | 2022-01-17 |
WO2022003220A1 (es) | 2022-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4824826B2 (ja) | モノリシックセンサ、ならびに、それを備えたセンサアレイ、検出器、および電子顕微鏡 | |
US9341585B2 (en) | X-ray detector including integrated electron detector | |
US8581188B2 (en) | Electron detector including one or more intimately-coupled scintillator-photomultiplier combinations, and electron microscope employing same | |
Strüder | High-resolution imaging X-ray spectrometers | |
ES2551480T3 (es) | Detector de radiación semiconductor optimizado para detectar luz visible | |
JP2013541799A5 (es) | ||
D’Ambrosio et al. | Hybrid photon detectors | |
ES2890176B2 (es) | Detector para medir la energia de electrones en microscopios electronicos de barrido | |
Dolgoshein et al. | Silicon photomultipliers in particle physics: possibilities and limitations | |
D’Ascenzo et al. | Design and Characterization of a Silicon Photomultiplier in 0.35-${\mu}\text {m} $ CMOS | |
US7825384B1 (en) | Quantum detector array | |
US20180217059A1 (en) | Segmented detector for a charged particle beam device | |
Strueder et al. | X-ray pn-CCDs on the XMM Newton Observatory | |
Durini et al. | Silicon based single-photon avalanche diode (SPAD) technology for low-light and high-speed applications | |
Gimenez et al. | 3D Medipix2 detector characterization with a micro-focused X-ray beam | |
Jasni et al. | Two dimensional array of MPPC and CsI (Tl) for radiation monitoring prototype | |
Bisht | Development of Low Gain Avalanche Detectors for Astroparticle Physics Experiments in Space | |
Gontard et al. | Vertically stacked CMOS-compatible photodiodes for scanning electron microscopy | |
Castoldi et al. | A new position sensing X-ray detector: Working principle and experimental results | |
Zha et al. | Direct detection of low-energy electrons with a novel CMOS APS sensor | |
ES2653767A1 (es) | Sensor de electrones para microscopía electrónica | |
Durini et al. | Andreas Spickermann 2 1Forschungszentrum Julich GmbH, Central Institute of Engineering, Electronics and Analytics ZEA-2 À Electronic Systems, Julich, Germany, 2Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems, Duisburg, Germany | |
Bell et al. | What's Next? The Future Directions in Low Voltage Electron Microscopy | |
WO2015004689A1 (en) | Single-photons count device based on photocathode and geiger solid-state technology for the multiplication of photoelectrons | |
Fukasawa | Hybrid Photodetectors (HPDs) for Single-Photon Detection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2890176 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20220117 |
|
FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2890176 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20221031 |