[发明专利]一种电子成像探测器及其制备方法和电子显微成像系统

说明书

本发明公开了一种电子成像探测器及其制备方法，以及采用该电子成像探测器的电子显微成像系统。该电子成像探测器包括：探测器灵敏区，由金刚石材料构成，具有相对而设的第一表面和第二表面；平面电极，设置于第一表面；像素电极，设置于第二表面。本发明中，由于探测器灵敏区所采用的金刚石材料在室温下具有禁带宽度大、电阻率高、抗辐照性能强等特点，因此，不需要通过掺杂等工艺形成的PN结，降低了制备复杂程度。同时，由于金刚石材料的原子序数小、电子散射小，进而降低了电子成像探测器中电子的散射，提高了电子探测的位置分辨率，从而能够获得更加清晰的图像。

技术领域

本发明涉及电子显微成像技术领域，特别涉及一种电子成像探测器及其制备方法，以及采用该电子成像探测器的电子显微成像系统。

背景技术

典型的电子显微成像系统包括透射电子显微镜(TEM，Transmission ElectronMicroscope)、扫描透射电子显微镜(STEM，Scanning Transmission ElectronMicroscope)和电子衍射成像等，广泛应用于材料、生物和生命科学等研究领域和半导体微加工等工业领域。

在电子显微成像系统中，需要探测透射或衍射的电子二维强度分布以重建样品图像、获取结构信息。图1示出了透射电镜成像系统的基本结构，透射电镜成像系统主要包括电子源、电子透镜系统、样品室、探测器、数据采集系统和计算机等主要组成部分。电子经过聚焦透镜成束后穿过样品室中的样品，与样品发生作用后的出射电子通过物镜、中间透镜、投影镜等到达探测平面，被电子成像探测器探测并最终采集到计算机中重建出样品图像。其中，电子成像探测器是决定最终图像分辨率的重要环节。目前电子探测器技术经历了从第一代的胶片、第二代的闪烁体耦合CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)探测器发展到第三代的有源CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)像素探测器和混合型半导体像素探测器等发展阶段，有源CMOS像素和混合型半导体像素探测器也被称为直接成像探测器。相比于第二代的CCD探测器，第三代的直接电子成像探测器具有高位置分辨率、高探测效率、高集成度、大动态范围、快速读出、抗辐照性能好等优点。

一个电子直接成像探测器模块包括探测器和读出电路两部分，其中，探测器的作用是将入射电子转换为电流信号；读出电路则是将电流信号进行放大、处理和读出。探测器通常被分割成微单元阵列，每个单元称为探测器像素。为了实现高位置分辨，探测器像素的典型尺寸在1～100微米量级。由于每个像素都需要独立读出，因此读出电路必须采用集成电路工艺来实现。在有源CMOS像素探测器中，探测器和读出电路集成在同一个硅片上，像素尺寸可以做到几个微米。在混合型半导体像素探测器中，探测器和读出电路分别加工，并通过倒装键合连接，这样，探测器和电路可以单独优化，比如采用不同厚度甚至不同材料。但受限于倒装工艺，混合型半导体像素探测器的像素尺寸通常在50微米以上。

目前，混合型半导体像素探测器主要采用硅作为探测器材料，但采用硅材料的探测器在室温下本征载流子浓度高、暗电流较大，必须制成PN结以增大电阻率。另外，电子在硅探测器中散射比较严重，从而影响了位置分辨率。通过减小探测器的厚度可以在一定程度上缓解该问题，但实现起来也有较大难度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电子成像探测器及其制备方法和电子显微成像系统，以降低对电子的散射，提高电子探测的位置分辨率，获得更清晰的图像。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种电子成像探测器，包括：

探测器灵敏区，所述探测器灵敏区由金刚石材料构成，所述探测器灵敏区具有相对而设的第一表面和第二表面；

平面电极，所述平面电极设置于所述第一表面；以及，

像素电极，所述像素电极设置于所述第二表面。