用于像素化电子检测器的读出电路

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年8月28日提交的EP申请20193504.6的优先权，该申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本文中的描述涉及带电粒子检测，并且更具体地涉及可应用于使用带电粒子计数进行带电粒子束检测的系统和方法。

背景技术

检测器可以被用于感测物理上可观察的现象。例如，诸如电子显微镜的带电粒子束工具可以包括接收从样本投射的带电粒子并输出检测信号的检测器。检测信号可以被用于重建受检查样本结构的图像并且可以被用于例如揭示样本中的缺陷。在可能包括大量密集封装的小型化集成电路(IC)部件的半导体器件的制造中，检测样本中的缺陷日益重要。为此目的，可以提供专用检查工具。例如，使用扫描电子显微镜(SEM)的显微镜系统可以使用电子束来跨样本扫描并从样本生成的背向散射或次级电子导出信息。

随着半导体器件的持续小型化，检查系统可以使用越来越低的电子束电流。当射束电流减小时，保持信噪比(SNR)变得甚至更加困难。为了解决该问题，电子计数可以被用来对在采样时段中在检测单元处发生的单个电子到达事件进行计数。然而，当在某些情况下对电子计数时，电子计数可能面临诸如误差的问题。

发明内容

本公开的实施例提供了用于基于带电粒子束进行检测的系统和方法。在一些实施例中，可以提供确定在一时段内入射到检测器上的带电粒子数的方法。方法可以包括生成基于撞击检测器的感测元件的带电粒子的第一信号。方法可以包括基于检测器上的带电粒子到达事件的预定特性，使用第一信号来执行处理。方法可以包括基于处理来输出计数信号。

在一些实施例中，可以提供用于带电粒子检测器的电路，电路包括被配置为生成第一信号的部件，第一信号基于在一时段内撞击带电粒子检测器的感测元件的带电粒子。电路可以包括补偿器，补偿器被配置为基于检测器上的带电粒子到达事件的预定特性来处理第一信号。

在一些实施例中，可以提供调整检测器的功耗的方法，方法包括基于第一类型的误差来确定检测器的部件的参数，以及基于检测器上的带电粒子到达事件的预定特性来补偿第一类型的误差。

应当理解，前面的一般描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对可以要求保护的所公开的实施例的限制。

附图说明

通过结合附图对示例性实施例进行描述，本公开的上述和其他方面将变得更加明显。

图1是根据本公开的实施例的可以被配置用于处理来自检测器的信号的检测系统架构的表示。

图2是根据本公开的实施例的检测器的检测表面的图示。

图3A是根据本公开的实施例的撞击样本并将次级粒子投射到检测器上的射束的图示。

图3B是根据本公开的实施例的可以被包括在检测器中的半导体二极管的图示。

图4是根据本公开的实施例的感测元件和电路的电模型的图示。

图5是根据本公开的实施例的感测元件和相关联的信号处理电路的图示。

图6图示了根据本公开的实施例的使用感测元件输出的电路部件的示例性瞬态响应。

图7是根据本公开的实施例的检测系统的至少一部分的图示。

图8图示了可以证明与噪声有关的误差的信号输出的图示。

图9图示了可以证明与符号间干扰(“ISI”)有关的误差或失真的信号输出的图示。

图10图示了可以是与ISI有关的影响的进一步表示的信号输出的图示。

图11图示了根据本公开的实施例的不同误差源之间的关系。

图12是根据本公开的实施例的检测系统的图示。

图13图示了根据本公开的实施例的信号输出的图示，信号输出可以表示与ISI有关的影响的补偿。

图14图示了根据本公开的实施例的一致的波形生成的一个示例。

图15图示了根据本公开的实施例的具有比较示例的示例性错误率和双参考读出的示例性错误率的趋势的图示。

图16图示了根据本公开的实施例的检测系统的布置。

图17图示了根据本公开的实施例的检测系统的布置。

图18是根据本公开的实施例的确定带电粒子数的方法的流程图。

图19是根据本公开的实施例的调整检测器的功耗的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，示例性实施例的示例在附图中被图示。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件。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式并不表示根据本发明的所有实现方式。相反，它们仅是符合与可以在所附权利要求中记载的主题有关的各方面的设备、系统和方法的示例。

电子器件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。随着技术的进步，这些电路的尺寸已显著减小，使得它们中的许多可以安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以小至指甲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。甚至一个步骤中的误差都有可能导致成品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样的缺陷，以使得工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，改进工艺的总产率。

改进产率的一个方面是监视芯片制造过程，以确保其生产足够数目的功能集成电路。监视过程的一种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其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。

晶片的图像可以通过在晶片之上扫描SEM系统的初级电子束并且在检测器处收集从晶片表面生成的粒子(例如，次级电子)来形成。成像过程可以包括将初级射束聚焦到点并且使得射束偏转(例如，弯曲)，使得其以逐行模式(例如，光栅扫描)通过晶片的区域。当初级射束跨样本扫描时，次级粒子被生成并在检测器处被收集。在给定时间处，射束可以被聚焦到晶片上的特定位置，并且此时检测器的输出可以与晶片上的该特定位置相关。图像可以基于沿着射束扫描路径在每个时间的检测器输出来重建。

在检测器的感测元件上着落的带电粒子可能导致在与感测元件连接的电路中生成电信号。在典型的检测系统(例如，模拟信号检测系统)中，在感测元件上着落的粒子束的总强度被用作检测信号。在检测器上着落的粒子束越强，检测信号越大。然而，使用总射束强度的检测系统可能在低射束电流水平下面临准确度和灵敏度的问题。例如，特别是当只有少数粒子而不是大的粒子流间歇地在检测器上着落时，现有技术的检测器可能具有差的信噪比(SNR)。表示射束强度的原始信号可能太低而不能与噪声区分。

检测带电粒子的备选方式是对单个到达事件进行计数。检测器不是检测表示检测器上入射的射束强度的信号电平，而是可以记录单个带电粒子到达事件并将它们相加以确定可以与射束强度相关的粒子总数。带电粒子计数可以改进在低射束电流下的灵敏度和准确度，并且可以允许相对于例如模拟信号检测系统，将更简单和更小的部件封装在芯片上，从而允许具有良好SNR的带电粒子的鲁棒和可靠的检测。在示例性系统中，当电子到达感测元件时，与感测元件连接的电路可以生成信号脉冲，并且电路可以检测到已发生电子到达事件。虽然本公开在电子(例如，电子计数)的上下文中讨论了一些示例性实施例，但是应当理解，本公开可以适用于其他类型的带电粒子，诸如离子。

为了帮助确保准确的电子计数，检测器应能够区分紧密连续发生的电子到达事件。然而，可能会遇到诸如以下问题。首先，可能存在与后续信号脉冲之间的重叠有关的误差。其次，当检测器的电路不能区分噪声以及与电子到达事件相关联的实际脉冲时，可能出现与噪声有关的误差。第一类型的误差可以被称为“符号间干扰”(ISI)，并且可以与在时间上彼此接近的信号由于检测器的速度太低而合并有关。

解决上述问题可能涉及具有矛盾要求的权衡关系。例如，通过增加检测器部件的速度(例如，前置放大器的带宽)来减小第一类型的误差(ISI)可能导致增加第二类型的误差(噪声)，从而使得增加速度的目的失效。为了抵消这一点，检测器部件中的噪声可以通过增加部件的功耗来降低，但是增加的功耗可能导致其它不期望的影响，诸如需要附加的热管理措施。随着检测器被划分(例如，像素化)为多个较小检测器单元的阵列，每个检测器单元需要其自身的读出电路，功耗可以变得越来越重要。因此，期望例如在不必使用消耗高功率的高带宽部件的情况下，实现具有高准确度同时保持低功耗的电子计数检测器。具体地，可以被包括在前置放大器中的跨阻放大器可能消耗大量功率，并且因此期望限制这样的部件的功耗。

本公开的实施例可以通过放宽对系统设计的某些约束来解决上述问题。例如，可以有意地使用低速部件使得噪声最小化。部件可以被配置为例如通过以相对低的速度(例如，低带宽)运行来最小化噪声。具有相对低速的部件可能导致更高的ISI型误差。该ISI型误差然后可以通过使用考虑ISI的电路来解决，而不会显著增加功耗。

ISI可以通过使用与检测器的感测元件上的电子到达事件的特性或行为有关的信息来解决。例如，可以预先知道由电子到达事件引起的信号脉冲的形状。可以预期，信号脉冲将根据某些参数在一时间段内上升和下降。该行为可能影响与电子计数有关的确定。在一些实施例中，电路可以被配置为考虑电子到达事件的可预测行为来进行确定。电路可以将来自感测元件的信号电平与多个阈值进行比较。在一些实施例中，电路可以基于电子到达事件的已知或可预测行为来修改来自感测元件的信号。信号的多个阈值或修改可以补偿ISI误差，ISI误差可能由于例如为了噪声降低而优化的另一部件而引起。

检测器可以被配置为具有单独感测元件的像素化阵列。每个感测元件的尺寸可以被确定为使得在每个采样时段，在感测元件的面积中接收不超过一定数目的电子。该一定数目可以是1。感测元件的尺寸可以小于检测器上入射的电子的几何扩散。因此，单独的感测元件可以被配置为接收比检测器上入射的电子的总数更少的电子。根据各种标准，检测器的各方面可以被设置为以便适应电子计数，诸如感测元件的尺寸、采样率和其它特性。因为电子到达事件可能涉及随机过程(例如，涉及某种随机性)，所以可以期望感测元件在具有某一置信度水平(例如，95％)的采样时段中接收不超过一定数目的电子。每个感测元件可以被连接到用于读出和处理数据的电路。

与检测器的感测元件连接的电路可以被配置为确定是否发生了电子到达事件。可以存在用于确定其它参数的电路参数(例如，信道速度)。电路可以包括将来自感测元件的电流信号变换为电压信号的前置放大器。前置放大器可以具有与其相关联的速度。前置放大器可以被配置为具有相对低的带宽(并且因此具有低速)，使得以ISI相关误差为代价将噪声最小化。ISI相关误差然后可以由电路的其它部件来解决。例如，可以提供ISI消除鉴别器。ISI消除鉴别器可以将来自前置放大器的电压信号与可以基于电子到达事件的行为而调整的可调阈值进行比较。尽管可以涉及其它部件(例如，使用多个阈值的比较器)，但是与这些使用其它部件相关联的功耗可以显著小于与增加前置放大器的功耗以减少与噪声相关以及与ISI相关的误差相关联的功耗。因此，一些实施例可以提供检测器，检测器被配置为以低错误率检测具低能量粒子并且使用低功率来允许大量像素化。

本公开的目的和优点可以通过在本文中讨论的实施例中阐述的元件和组合来实现。然而，本公开的实施例不一定需要实现这样的示例性目的或优点，并且一些实施例可以不实现任何所述目的或优点。

在不限制本公开的范围的情况下，可以在提供利用电子束(“e-beam”)的系统中的系统和方法的上下文中描述一些实施例，特别是关于扫描电子显微镜(SEM)系统。然而，本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。附加地，带电粒子束可以被用于透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)等。此外，与检测有关的系统和方法可以被用于其它成像系统，诸如光学成像、光子检测、x射线检测、离子检测等。附加地，术语“束波”可以指代从原始射束提取的射束的组成部分或单独的射束。术语“射束”可以指代射束或束波。

如本文所使用的，除非另外具体说明，否则除非不可行，术语“或者”涵盖所有可能的组合。例如，如果陈述部件包括A或者B，则除非另外明确说明或不可行，否则部件可以包括A、或者B、或者A和B。作为第二示例，如果陈述部件包括A、B或者C，则除非另外明确陈述或不可行，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，其示出了根据本公开的实施例的可以被配置用于处理来自检测器的信号的检测系统架构的表示。检测系统100可以被配置用于带电粒子束设备中并且可以被配置用于带电粒子计数。在美国公开号2019/0378682A1中讨论了带电粒子束设备的示例，其通过引用整体并入本文。例如，带电粒子束设备可以被配置为生成跨样本扫描的初级射束，并且次级粒子(例如，次级或背向散射电子)在检测器处被收集。带电粒子束设备可以包括单束或多束设备。

如图1所示，可以提供检测系统100，检测系统100包括检测器101、信号调节电路110、模拟信号处理路径120、ADC 130和数字接口140。信号调节电路110可以包括被配置为对检测器101的检测元件(诸如，二极管)的输出进行处理的电路。

诸如光电二极管或PIN二极管的二极管可以很好地适用于电子计数。二极管可以具有高的固有内部增益，并且因此即使在单个电子到达事件的情况下，也可以生成强的、可测量的信号，该信号相对于背景噪声的相对低的最低水平是容易区分的。可以减少或消除在芯片上提供放大器或复杂系统(诸如雪崩二极管)以提升信号的需要。相反，从二极管本身或利用相对低增益的放大器生成的信号可以很好地适合于电子计数，因为其响应于电子到达事件而快速生成并且不受背景噪声的影响。此外，二极管可以被容易地分割。

图2是根据本公开的实施例的检测器的检测表面的图示。如图2所示，检测器101可以包括感测元件阵列，感测元件阵列包括感测元件201、202、203等。感测元件可以被布置为平面二维阵列，阵列的平面基本上垂直于入射带电粒子的入射方向。在一些实施例中，检测器101可以被布置为相对于入射方向倾斜。

图2示出了检测器101上的光斑200。检测器101的一些感测元件可以接收带电粒子(例如，感测元件202和203)，而一些感测元件不接收带电粒子(例如，感测元件201)。次级粒子可以响应于带电粒子束设备的初级射束被投射到样本上而形成，并且次级粒子可以被引导到检测器101。虽然光斑200可以被示出为具有大致圆形的形状，但是次级粒子可以以各种其它图案入射到检测器101上。此外，应当理解，虽然光斑200可以以连续的形状示出，但是带电粒子可以不必一次到达所有被照射的感测元件中的检测器101的表面上。例如，由于带电粒子到达事件的随机性质，一些带电粒子可能在给定时间仅到达光斑200的边界内包括的一些感测元件，而边界内包括的其它感测元件不接收任何带电粒子。

检测器101可以被配置为使得单独感测元件的尺寸被确定为在采样时段期间，在其面积上接收不超过一定数目的带电粒子。检测器101的检测面积可以被划分为较小面积的二极管元件的阵列。每个二极管元件可以对应于分立的检测单元。二极管可以以各种形式被像素化为单独的检测单元。例如，半导体检测单元可以借助由于内部结构而生成的内部场来划分。此外，在一些实施例中，在相邻感测元件之间可以存在物理间隔。即，在一些实施例中，检测器阵列可以被提供有彼此物理间隔开的感测元件。在相邻传感元件之间可以提供一些隔离面积。

单独感测元件的尺寸可以基于带电粒子束设备的各种参数或成像条件来确定。例如，带电粒子束设备可以被配置为使用具有一定电流电平的初级射束。射束的电流可以由带电粒子束设备的孔径或透镜来操纵。利用特定的射束电流，可以确定某个最大数目的带电粒子将入射到检测器上。此外，可以确定入射到检测器上的带电粒子的几何分布，其中一些区域具有更高的粒子分布。检测器阵列的感测元件的尺寸可以被确定为使得可以以一定的置信度水平确保每个感测元件在采样时段中将不会接收多于一定数目的带电粒子。一定数目可以是1。

参考图1，信号调节电路110可以包括电流缓冲器和跨阻抗放大器(TIA)。模拟信号处理路径120可以包括主放大器。ADC 130可以将模拟信号转换为8位数字信号。数字接口140可以经由收发器与带电粒子束设备的部件(例如，偏转和图像控制(DIC)单元)通信，收发器可以包括发射器TX和接收器RX。数字接口140还可以包括数字开关、数字控制单元或者被配置为执行图像处理的控制器等。在该架构中可以提供其它电路，例如，诸如被配置为提供增益和偏移控制的信号处理路径。

检测器101的每个感测元件可以被提供有对应的电路。例如，图1的架构可以与相对于如图2所示的检测器101的多个感测元件中的每个感测元件提供的单独电路相对应。

现在参考图3A，图3A是根据本公开的实施例的撞击样本并将次级粒子投射到检测器上的射束的图示。初级电子束350可以被引导朝向样本390。初级电子束350可以与样本390相互作用并且次级粒子可以被生成。例如，背向散射电子351可以从样本390的表面反射。背向散射电子351可以由检测器101收集。检测器101可以在其中心具有通孔，以允许初级电子束350穿过而到达样本390。然而，一些实施例可以使用相对于初级电子束沿其行进的光轴离轴放置的检测器。

现在参考图3B，图3B是根据本公开的实施例的可以被包括在检测器101中的半导体二极管300的图示。半导体二极管300可以表示像素，像素是具有电子-空穴对生成的内部机制的PIN二极管的片段。半导体二极管300可以是粒子传感器的一个示例，粒子传感器被配置为吸收由粒子沉积在其上的能量并生成电荷(例如，电子-空穴对)，电荷被电场扫向传感器的电极。电荷可以由读出电路收集以用于进一步处理。

二极管300可以包括半导体层330。半导体层330可以包括浅p+区331和n外延层332。可以提供端子310和触点320。在带电粒子束设备的操作中，初级电子束350可以被投射到样本390上，并且可以包括背向散射电子351的次级粒子可以从样本390被引导到二极管300。二极管300可以被配置为使得诸如背向散射电子351的入射电子在半导体层330中生成电子-空穴对360。由于入射电子的到达所触发的机制，诸如碰撞电离，可以生成许多电子-空穴对360。电子空穴对360的电子可以流向端子310，并且可以响应于传入电子到达二极管300而形成电流脉冲。

在本公开的一些实施例中，带电粒子到达事件的特性可以被用于补偿误差影响。带电粒子(例如，电子)到达事件的特性可以包括响应于电子到达事件而形成的电流脉冲的行为。电流脉冲的行为可以取决于入射带电粒子、接收带电粒子的感测元件或者与感测元件连接的电路的各种参数。例如，由二极管300生成的电流脉冲的行为可以取决于二极管300的结构(例如，其厚度)和操作条件(例如，所施加的激励)。偏置电压VB可以经由端子310施加到二极管300。

图4是根据本公开的实施例的感测元件和电路的电模型的图示。二极管300可以响应于电子到达事件而生成电流。二极管300可以表现出时间相关的行为并且可以由可以使用具有电容CD的电容器和具有电阻Rs的电阻器进行建模的电路来表示。CD可以表示PIN二极管结电容，并且Rs可以表示PIN二极管触点电阻。在一些实施例中，二极管本身可以具有时间相关性，并且可以被建模为电路。在一些实施例中，附加电路(例如，其它电部件或布线)可以被提供有二极管，并且二极管及其相关联电路可以被建模为电路。

图5是根据本公开的实施例的感测元件和相关联的信号处理电路的图示。图5可以表示电子检测器的前端。如图5所示，传感器500可以被连接到包括输入级510和鉴别器520的电路。传感器500被配置为响应于接收带电粒子550而生成信号501。传感器500可以包括以上参考图3B讨论的二极管300。

如图5所示，传感器500可以生成信号501。信号501可以是相对弱、快的电流脉冲信号。输入级510可以被配置为接收信号501和输出信号511。输入级510可以包括前置放大器，前置放大器被配置为在不引起显著的噪声的情况下，接收弱信号并将其放大为更强的、可测量的信号。此外，输入级510可以包括将信号转换为另一形式的部件。例如，输入级510可以包括被配置为将来自传感器500的电流转换为电压的跨阻放大器(TIA)。信号501可以包括电流脉冲，并且信号511可以包括电压脉冲。

输入级510可以被连接到鉴别器520。鉴别器520可以包括补偿器。补偿器可以被配置为补偿误差影响，诸如ISI相关误差。补偿器可以被配置为使用基于电子到达事件的已知特性的信息。鉴别器520可以被配置为基于信号511进行确定并输出信号521。鉴别器520可以被配置为接收模拟信号并输出数字信号。鉴别器520可以包括电压比较器。当输入电压越过阈值时，鉴别器520可以输出二进制信号。例如，鉴别器520可以被配置为将信号511与固定阈值(VTH)进行比较，并且当信号511超过VTH时，鉴别器520可以输出二进制“1”信号。在一些实施例中，鉴别器520可以使用可调阈值。可以使用多个阈值。鉴别器520可以被配置为指示一个电子的检测。鉴别器520可以被配置为生成用于计数电子的计数信号。

图6示出了根据本公开的实施例的使用感测元件输出的电路的部件的示例性瞬态响应。图6的横轴可以表示时间，并且纵轴可以表示以任意单位输出的信号。图6可以表示与检测器的感测元件连接的部件的理想行为。图6可以表示仿真结果。

如图6所示，信号电平可以上升到峰值x0。信号电平可以在预定时间内从基线上升到峰值x0。然后，在预定时间之后，信号电平可以下降到中间电平x1。此外，信号电平可以继续下降到电平x2，依此类推。信号上升到峰值x0所花费的时间可以不同于信号回落到基线所花费的时间。

图6可以表示可以由如上参考图5所述的输入级510的部件生成的信号脉冲的波形。信号511可以包括与图6中的信号脉冲的形状类似的信号脉冲。输入级510中包括的跨阻放大器可以被配置为输出类似于图6的信号脉冲。信号脉冲的特性可以基于检测系统100的部件的特性或操作条件来确定，并且可以预先知道。例如，可以预先知道，以特定偏置电压操作的特定类型的感测元件将生成具有某一形状的信号脉冲。信号脉冲可以遵循急剧上升到峰值x0然后逐渐下降的波形。例如，在1个时间单位之后，可能存在剩余的残余信号电平(例如，x1)。因此，虽然信号可能在1个时间单位中从0上升到峰值x0，但信号可能不会在另1个时间单位中回落到0。即使在达到峰值x0之后的2个时间单位之后，信号电平也可以保持在电平x2处。在一些实施例中，电平x2可以低到足以被忽略。

在一些实施例中，可以使用信号脉冲行为的不同模型。例如，信号脉冲在回落到0之前可以具有多于2个中间信号电平的长尾。此外，在一些实施例中，信号电平可以在峰值之后的某个时间下降到基线电平以下(基线对应于信号脉冲之前的电平；例如，0)。例如，信号脉冲行为的模型可以基于实验结果或仿真。

现在参考图7，其是根据本公开的实施例的检测系统的至少一部分的图示。图7的检测系统可以是图5所示布置的变型。图7可以表示检测系统的读出布置。可以提供电路部件以读出由传感器提供的信息。

如图7所示，传感器600可以被连接到电路，该电路包括前置放大器620、增益单元630和数字转换器640。输入级610可以由前置放大器620和增益单元630形成。前置放大器620可以包括跨阻放大器，其可以被配置为将电流脉冲变换为电压脉冲。增益单元630可以包括主放大器。增益单元630可以被配置为提供超过可以由前置放大器620提供的增益的附加增益，并且可以提升信号，使得其较不易于出现数字化误差。

传感器600可以被配置为响应于接收到入射带电粒子650而生成信号601。传感器600可以包括二极管，诸如PIN二极管。前置放大器620可以被配置为接收信号601和输出信号621。增益单元630可以被配置为放大输入信号，将其变换为经放大的信号。信号621可以包括电压脉冲，并且信号631可以包括放大电压脉冲。

增益单元630可以被连接到数字转换器640。数字转换器640可以被配置为对输入信号进行数字化。数字转换器640可以包括模数转换器(ADC)、时间-数字转换器(TDC)或二进制鉴别器(例如，比较器或限幅器)等。数字转换器640可以基于信号631进行确定并且可以输出信号641。数字转换器640可以被配置为接收模拟信号并输出数字信号。数字转换器640的输出可以包括“1”或“0”，其中“1”对应于带电粒子到达事件发生，而“0”对应于没有带电粒子到达事件发生。数字转换器640可以包括电压比较器。数字转换器640可以包括补偿器。

检测系统的性能可以涉及诸如信噪比(SNR)、带宽和功耗的参数。一些参数，诸如SNR和带宽，可能影响检测系统的错误率。检测系统的性能可以取决于检测系统的各个部件的性能。例如，在一些实施例中，SNR和带宽可以主要与前置放大器的性质相关。

在一些实施例中，检测系统的参数可以是相互关联的。检测系统的参数之间的关系可以包括权衡关系。例如，带宽和噪声可以是相互关联的。即，当带宽改变时，噪声也可能受到影响。此外，在诸如带电粒子(例如，电子)计数的应用中，检测系统的参数可以与带电粒子的性质及其与检测系统的相互作用有关。例如，检测系统的参数可以与带电粒子间隔时间(例如，后续电子到达事件之间的时段)有关。带电粒子到达事件可以涉及随机过程，并且间隔时间可以是可变的。在一些实施例中，带电粒子到达事件之间的间隔可以由平均间隔时间来表示，并且可以存在与平均间隔时间的值相关联的置信度水平。

在一些实施例中，检测系统可以被配置用于电子计数。为了增强检测系统实现电子计数的能力，检测系统可以被配置为鉴别紧密连续发生的电子到达事件。电子到达事件可以由信号脉冲表示。如果检测系统不能正确地鉴别信号脉冲，诸如紧密连续出现的两个信号脉冲，则可能出现计数错误，影响检测系统的错误率。误差可能与例如噪声以及由后续信号脉冲之间的接近或重叠引起的影响有关。当检测系统不能鉴别噪声和与电子到达事件相关联的实际脉冲时，可能发生噪声相关误差。由后续信号脉冲之间的接近或重叠引起的影响可以包括“符号间干扰”(ISI)。ISI可以与时间上彼此接近的信号由于检测系统的速度而合并有关。在一些实施例中，检测系统的速度可以主要由检测系统的部件(诸如前置放大器)的带宽来确定。ISI可以取决于检测系统的性质、带电粒子的性质及其相互作用。

图8示出了可以证明与噪声有关的误差的信号输出的图示。随着SNR增加，可能与噪声相关联的峰值以及可能与电子到达事件相关联的峰值(例如，对应于信号脉冲的峰值)之间的差可能变得更大，并且可能更容易鉴别电子到达事件和噪声。例如，对于图8中所示的SNR为4(即，信号比噪声强4倍)的波形830，峰值831、832和833可以被很好地定义并且相对于背景噪声突出。另一方面，对于SNR为1的波形810(即，信号与噪声一样强)，可能难以鉴别与电子到达事件和背景噪声相关联的峰值。

图9示出了可以证明与ISI有关的误差或失真的信号输出的图示。如图9所示，宽带前置放大器的输出可以由波形920表示。术语“宽带”可以表示部件(例如，前置放大器)具有高带宽，并且部件可以被认为具有快速度。同样如图9所示，窄带前置放大器的输出可以由波形910表示。术语“窄带”可以表示部件(例如，前置放大器)具有低带宽，并且部件可以被认为具有低速度。

如图9所示，波形920可以上升到幅度大约为0.31V的第一峰值921。第一峰值921可以对应于第一电子到达事件。然后，波形920可以下降到幅度大约为0V的第一谷值922。同样如图9所示，波形910可以上升到幅度大约为0.23V的第一峰值911。第一峰值911可以对应于第一电子到达事件。然后，波形910可以下降到幅度大约为0.08V的第一谷值912。然而，在波形910完全下降到0V之前，可能发生另一电子到达事件。波形910可以在信号电平完全回落到基线电平之前再次开始上升。这可能发生是因为检测系统的部件(例如，前置放大器)具有相对慢的速度，使得第一电子到达事件的处理(例如，输出信号脉冲)在新的电子到达事件发生时还没有完成。当部件对新的电子到达事件做出响应时，信号的残余电平可以保留。因此，较慢的部件可能对一些电子到达事件给出失真响应。部件越慢，失真越大。而且，残余信号积累越多，它们影响与信号值1或0有关的峰值和谷值的幅度就越大。信号值1可以对应于带电粒子到达事件发生。信号值0可以对应于没有带电粒子到达事件发生。

如图9所示，在若干电子到达事件之后，波形920可以上升到具有大约0.31V幅度的峰值923。峰值923的幅度可以与峰值921的幅度基本相同。因此，信号值1或0几乎没有失真。另一方面，在若干电子到达事件之后，波形910可以上升到具有大约0.24V幅度的峰值913。峰值913的幅度可以不同于峰值911的幅度。因此，当使用较慢的部件或较低的带宽时，可能存在信号值1或0的失真。

图10示出了可以是与ISI有关的影响的进一步表示的信号输出的图示。图10所示的波形1001可以表示检测系统的部件(诸如前置放大器)的输出。信号可以被输入到前置放大器。前置放大器的输入可以是0或1，其中0表示没有电子到达事件发生，并且1表示电子到达事件已发生。前置放大器可以被配置为处理向其输入的信号并输出信号。当前置放大器的输出越过阈值(例如，VTH)时，可以确定正在发生电子到达事件并且可以分配1的输出。当前置放大器的输出低于阈值时，可以确定没有电子到达事件发生，并且可以分配0的输出。

如图10所示，第一电子到达事件可以发生并且信号电平可以上升到高于阈值VTH的峰值。此时，1的输入和输出可以一致。在达到信号电平的峰值之后，信号电平可能开始下降。然而，信号电平可以保持在阈值VTH之上，并且当输入为0时，检测系统可以确定输出仍然为1。这可能由于前置放大器的带宽较低而发生，使得在与初始电子到达事件相关联的峰值之后剩余残余信号。

此外，可能发生另外的电子到达事件，并且信号电平可能在其完全下降到基线电平之前开始上升。因此，0电平可能由于ISI而失真。此后，响应于另外的电子到达事件，信号电平可以上升到更高的峰值。该峰值可能由于ISI而失真。例如，峰值可以达到不同于第一峰值的电平1010。在一些实施例中，ISI影响可以通过增加带宽来减小。例如，如图9中的波形910中所见的失真可以通过增加带宽以便接近波形920来减小。然而，这样做可能引入另外的问题。

图11图示了根据本公开的实施例的不同误差源之间的关系。解决检测系统中的误差可能涉及具有矛盾要求的权衡关系。例如，通过增加检测器部件的速度(例如，增加前置放大器的带宽)来减少由于ISI引起的影响可能导致增加噪声(并因此减少SNR)。如图11所示，由于ISI引起的错误率可能随着带宽的增加而降低，但是同时，由于噪声引起的错误率可能增加。总误差可以是由于噪声引起的误差和由于ISI引起的误差之和。因此，通过仅调整带宽来降低错误率可能具有有限的灵活性。在一些实施例中，检测系统部件中的噪声可以通过增加部件的功耗来降低。因此，可能存在通过增加功耗来降低错误率的另外的机会。例如，如图11所示，由噪声引起的错误率可以通过增加功耗来降低。然而，增加的功耗可能导致其它不期望的影响，诸如需要附加的热管理措施。特别是当检测器阵列被像素化并且提供多个读出电路(例如，信道)时，热管理(例如，冷却检测系统)可能变得不切实际。

本公开的一些实施例可以旨在使用低功率来实现高检测率。检测系统可以设置有低带宽部件，诸如前置放大器，并且可以使用被配置为消除ISI影响的补偿器。检测系统可以包括并入补偿器的鉴别器。虽然使用低带宽部件可能引起ISI相关误差，但是被配置为消除ISI影响的补偿器可以减轻这种误差并增强检测系统的性能。相对于比较检测系统，前置放大器可以被有意地减慢，以在不增加功耗的情况下将噪声最小化。由减慢的前置放大器产生的失真影响可以通过使用补偿器来校正。检测系统可以以提高的准确度和低功耗来实现。

现在参考图12，图12是根据本公开的实施例的检测系统的图示。如图12所示，可以提供检测系统1200。检测系统1200可以包括传感器1210。

类似于图5和图7的检测系统，图12的检测系统1200可以表示读出布置。可以提供电路部件以读出由传感器1210提供的信息。传感器1210可以被配置为生成对接收到入射带电粒子1260的响应。

如图12所示，传感器1210可以被连接到包括输入级1220和鉴别器1230的电路。输入级1220可以被配置为具有某一参数(例如，速度或带宽)。输入级1220可以包括前置放大器。输入级1220中包括的前置放大器可以是被配置为将电流脉冲变换为电压脉冲的跨阻放大器。输入级1220中包括的前置放大器可以被配置为具有低带宽。输入级1220可以被配置为生成一些ISI影响。输入级1220可以被配置为将噪声最小化。

检测系统1200中包括的电路可以被配置为使得响应于在传感器1210处接收到入射带电粒子1260而生成信号1211。输入级1220可以被配置为接收信号1211并输出信号1221。信号1221可能受到ISI的影响。例如，如图12所示，信号1221的一些峰值和谷值可能失真。

输入级1220可以被连接到鉴别器1230。鉴别器1230可以包括补偿器。鉴别器1230可以被配置为基于带电粒子到达事件的特性而使用信号1221来执行处理。例如，鉴别器1230可以被配置为使用到达传感器1210上的带电粒子的特性来补偿ISI影响。特性可以是预先已知的，并且可以包括例如在检测系统1200中由带电粒子到达事件生成的信号脉冲的行为。鉴别器1230可以被配置为接收信号1221并输出信号1231。信号1231可以是数字信号。鉴别器1230可以被配置为基于信号1221进行确定并且可以基于确定而输出信号1231。信号1231可以包括可以被用于对带电粒子到达事件进行计数的计数信号或者前兆信号。例如，带电粒子到达事件的计数可以使用从鉴别器1230输出的信号1231来确定。

鉴别器1230可以包括比较器。鉴别器1230可以被配置为将信号1221与参考1250进行比较。参考1250可以包括可调(例如，动态)阈值。可以提供一个或多个固定阈值，并且这些阈值可以彼此不同。例如，参考1250可以包括第一阈值VTH1和第二阈值VTH2。在一些实施例中，第一阈值VTH1和第二阈值VTH2中的一个或两个阈值本身是动态可调的，而在其它实施例中，一个或两个阈值是固定的。鉴别器1230可以被配置为在第一阈值VTH1和第二阈值VTH2之间切换。阈值之间的切换可以基于信号1231。可以提供反馈回路1240。反馈回路1240可以被包括在补偿器中。反馈回路1240可以控制第一开关1251和第二开关1252。反馈回路1240可以被配置为使用信号1221或信号1231来执行处理。例如，反馈回路1240可以被配置为使用基于信号1221的信号1231来执行补偿。反馈回路1240可以基于信号1231来致动开关1251、1252。

在一些实施例中，鉴别器1230可以被配置为可以在多个状态之间操作。在第一状态中，第一开关1251可以闭合，并且鉴别器1230可以使用第一阈值VTH1。鉴别器1230可以将信号1221与第一阈值VTH1进行比较，并基于该比较作出确定。如果信号1221的信号电平越过第一阈值VTH1(例如，信号上升到第一阈值VTH1以上)，则鉴别器1230可以输出“1”作为信号1231，指示已发生电子到达事件。否则，鉴别器1230可以被配置为输出“0”作为信号1231。检测系统1200可以被配置为从第一状态开始操作。

反馈回路1240还可以基于信号1231做出确定。反馈回路1240可以被配置为基于信号1231或其他信息来致动开关。响应于在检测系统1200处于第一状态时“1”被包括在信号1231中，反馈回路1240可以被配置为断开第一开关1251并闭合第二开关1252。

在第二状态中，第二开关1252可以闭合并且鉴别器1230可以使用第二阈值VTH2。鉴别器1230可以将信号1221与第二阈值VTH2进行比较，并基于该比较作出确定。如果信号1221的信号电平越过第二阈值VTH2(例如，信号上升到第二阈值VTH2以上)，则鉴别器1230可以输出“1”作为信号1231，指示已发生电子到达事件。否则，鉴别器1230可以被配置为输出“0”作为信号1231。

因此，反馈回路1240可以被配置为调整参考1250。鉴别器1230可以被配置为将信号1221与参考1250进行比较，并且基于这样的比较而输出信号1231，并且反馈回路1240可以被配置为基于信号1231而调整参考1250。反馈回路1240可以被配置为基于带电粒子到达事件的预定特性进行确定。例如，可以基于检测系统1200中带电粒子到达事件的预期信号脉冲形状来确定是否调整参考1250以及是否在特定时间段内这样做。

在一些实施例中，反馈回路1240可以被配置为在预定数目的时间段之后重置参考1250。例如，反馈回路1240可以被配置为在一个或多个时钟周期处于第二阈值VTH2之后将参考1250调整回第一阈值VTH1。预定数目的时间段可以基于带电粒子到达事件的预定特性。例如，可以知道信号脉冲在峰值之后的时间段内具有残余信号电平。如图6所示，在峰值x0之后的一个时间段，信号电平可能仍然处于电平x1处。x1处的残余信号电平可以被称为“后兆”。电平x1可以高于用于确定带电粒子到达事件是否已发生的阈值。因此，如果在信号脉冲的峰值之后的短时间内(例如，当信号电平仍然在x1时)进行信号电平的比较，并且所使用的阈值低于该电平(例如，低于x1)，则可能发生误差计数。为了解决这样的误差计数，可以使用可调阈值。

在一些实施例中，鉴别器1230可以被配置为除非确定信号1221的信号电平越过第二阈值VTH2，否则在输出“1”作为信号1231之后的下一时间段(例如，下一时钟周期)中输出“0”作为信号1231。

检测系统1200可以是双参考读出的一个示例。检测系统1200可以利用可以由感测元件(例如，二极管)及其相关联电路响应于带电粒子到达事件而生成的电流脉冲的可预测波形形状。检测系统1200可以被配置为消除与ISI影响有关的失真。响应于带电粒子到达事件而生成的电流脉冲可以是传感器或传感器的相关电路的参数的函数。例如，电流脉冲可以是二极管厚度和偏置电压的函数。这样的参数(例如，二极管厚度和所施加的偏置电压)可以与其它参数(诸如，二极管的电容)具有权衡关系，并且因此参数可以被容易地操纵以优化电路性能。例如，对于2.5ns的采样时段，二极管可以被配置为提供具有90nA电流的1.8ns宽的脉冲。检测系统可以被配置为在不显著增加输入电容的情况下，与采样时段兼容。在一些实施例中，二极管可以被配置为提供具有宽度的信号脉冲，宽度是采样时段或检测系统的另一部件(例如，前置放大器)的时钟速度的因子。如本文所使用的，短语“二极管被配置为提供具有宽度的信号脉冲”等可以指代二极管及其相关联的电路(或检测系统的一些其他部件)被配置为以可以通过检测系统传输的信号脉冲的形式，提供对带电粒子到达事件的响应。

图13示出了根据本公开的实施例的可以表示与ISI相关的影响的补偿的信号输出的图示。类似于图10，图13中所示的波形1301可以表示检测系统的部件(诸如，前置放大器)的输出。部件可以被配置为响应于输入而生成信号。输入可以与带电粒子到达事件有关。例如，部件可以被配置为响应于在检测器的感测元件中生成的电荷而生成信号脉冲。带电粒子到达事件是否已在一时间段中发生可以由“0”或“1”信号来表示。例如，当带电粒子在一时间段内到达检测器的感测元件时，可以存在输入信号“1”。当检测系统的部件生成越过参考的信号脉冲时，可以存在输出信号“1”。采样可以在一时间点处进行并且确定可以在该时间点处进行。例如，如图13所示，采样时刻可以出现在时间t1、t2、t3等。在时间t2处，可以确定波形1301的信号电平高于参考1250。在时间t2处，参考1250可以被设置为VTH1。因此，可以确定“1”的输出。同样响应于确定波形1301的信号电平高于参考1250，可以确定将参考1250改变为VTH2。接着，在下一采样点(例如，t3)处，可以确定波形1301的信号电平是否高于参考1250。在时间t3处，参考1250可以被设置为VTH2。因此，可以确定波形1301的信号电平不高于参考1250并且可以确定“0”的输出。同样响应于确定波形1301的信号电平不高于参考1250，可以确定将参考1250改变为VTH1。在一些实施例中，采样时间的间隔可以是可调的。在一些实施例中，采样间隔之间的时段可以被设置为多个时钟周期。

如图13所示，参考1250可以是可变的。如以上参考图12所讨论的，参考1250可以基于鉴别器1230的输出和带电粒子到达事件的预定特性来调整。例如，预定特性可以基于检测系统的各方面、检测被配置为检测的带电粒子以及它们的相互作用。反馈回路1240可以调整参考1250。

如图13所示，基于带电粒子到达事件发生，波形1301可以上升到t2处或t2附近的峰值。在t1和t2之间的时间段中，检测系统1200中的诸如鉴别器1230的部件可以确定信号电平超过参考1250，并且可以输出“1”的信号。例如，可以在时间t2进行确定。此时，第一阈值VTH1可以被用作参考1250。在t1和t2之间的时间段中，输入和输出可以是一致的。带电粒子到达事件可以被精确地计数。响应于1的输出信号，可以进行进一步的确定。例如，参考1250可以被调整。

当在时间t2处确定已超过参考1250时，参考1250可以被调整到第二阈值VTH2。在下一采样点处，例如，在时间t3处，部件可以确定信号电平不超过参考1250，并且可以输出“0”的信号。在t2和t3之间的时间段中，输入和输出可以再次一致。带电粒子到达事件的未发生可以被精确地检测。

如图13所示，与图10不同，可能存在峰值之后的残余信号电平不引起误计数错误的时段。例如，如图13所示，在t2之后的时间段中，参考1250已被调整以便减小误差。

此外，如图13所示，波形1301可以包括与第一带电粒子到达事件(例如，在t2处发生的事件)相关联的信号脉冲，并且波形1301可以在响应于第二带电粒子到达事件之后不久再次上升。在时间t3处，波形1301的信号电平尚未下降到基线(例如，t1处的信号电平)，但信号电平仍然由于第二带电粒子到达事件而上升。在时间t4处，波形1301可以达到与第二带电粒子到达事件相对应的新峰值。新峰值处的信号电平(例如，电平1310)可以不同于t2处的信号电平。这可能是由于ISI失真。然而，为了适应ISI影响，检测系统可以被配置为使用可调参考，诸如参考1250。如图13所示，参考1250可以在时间t4处被调整。参考1250的调整可以基于第二带电粒子到达事件。

在图13中的t4和t5之间的时间段处，可以发生第三带电粒子到达事件。波形1301可以处于高于参考1250的信号电平并且可以确定第三带电粒子到达事件已发生(例如，输出为“1”)。与带电粒子到达事件相关联的峰值的信号电平可以不同。信号电平的差可能是由于ISI。检测系统可以补偿ISI并且可以对单独带电粒子到达事件进行准确地计数。

针对检测系统选择参数可以基于对于以特定操作条件(例如，射束电流)操作的特定检测系统所期望的后续带电粒子到达事件之间的最小间隔时间。例如，参数可以基于具有预定置信度水平的间隔时间来选择。此外，考虑到操作条件，检测系统可以被优化以适合检测系统中包括的补偿器。例如，前置放大器的带宽可以基于包括双参考的补偿器(例如，使用VTH1和VTH2)来优化。考虑到VTH2可以被选择为使得补偿器1230被配置为检测在“1”之前的“1”输入，部件(例如，前置放大器)可以被配置为即使在后续带电粒子到达事件在最小间隔时间或接近最小间隔时间发生时，也确保波形的一致形状。例如，检测系统可以被配置为使得后续带电粒子到达事件不会引起超过第二阈值VTH2的附加ISI。附加ISI可能与堆积饱和有关。

基于ISI补偿的检测系统的部件的最佳参数可以基于附加ISI来确定。例如，如图14所示，部件可以具有能够生成一致波形的参数(例如，生成对称波形，或者来自到达事件的脉冲形状被配置为具有与预定形状类似的形状)。前置放大器可以具有这样的处理速度，使得即使高于第二阈值V

包括补偿器的检测系统可以实现处理更高电平的ISI，并且可以放宽前端电子器件的带宽和功率要求。因此，可以实现检测系统性能的增强。

在一些实施例中，参考1250可以在多个值之间调整。例如，除了第一阈值VTH1和第二阈值VTH2之外，还可以提供更多的阈值。更多的阈值可以允许确定与带电粒子到达事件有关的另外更详细的信息，诸如信号脉冲可能是在什么阶段(例如，上升峰值、下降沿等)。使用另外的阈值可以在针对前置放大器选择带宽方面实现进一步的灵活性。

此外，在一些实施例中，值的范围可以被用于阈值或信号电平。例如，参考图6，因为带电粒子到达事件可能涉及随机过程，所以可能不一定是波形在与峰值x0相对应的点处被采样的情况。相反，波形可以在峰值x0稍前或稍后进行采样。考虑到这一点，可以使用基于信号值在一时间段(例如，采样时段)上的平均值的值范围。

图15示出了根据本公开的实施例的针对比较示例和双参考读出的示例性错误率的趋势的图。如图15所示，双参考读出1510可以实现比比较示例1520更低的带宽和更低的错误率。比较示例1520可以对应于通用读出。双参考读出1510和比较示例1520两者可以具有错误率被最小化的最佳点，但双参考读出1510可以使得具有较低带宽和较低错误率两者的最佳点能够被实现。在更高的带宽值处，噪声相关误差可能占主导地位，并且双参考读出1510和比较示例1520的错误率可能开始收敛。

图16图示了根据本公开的实施例的检测系统的备选布置。如图16所示，检测系统1600可以包括传感器1610、跨阻放大器1620、增益单元1630和补偿器1640。传感器1610可以被配置为响应于带电粒子到达事件而生成电流或电荷脉冲。跨阻放大器1620可以被配置为基于从传感器1610接收的信号而生成电压脉冲。增益单元1630可以被配置为基于来自跨阻放大器1620的电压脉冲而生成经放大的信号。补偿器1640可以包括第一比较器1641和第二比较器1642，其中第一比较器1641被配置为将经放大的信号与第一阈值VTH1进行比较，第二比较器1642被配置为将经放大的信号与第二阈值VTH2进行比较。补偿器1640可以被配置为基于传感器处的带电粒子到达事件的预定特性来处理经放大的信号。例如，补偿器1640可以基于来自补偿器1640的先前输出并考虑响应于检测系统1600中的带电粒子到达事件而生成的信号脉冲的预测波形来选择第一比较器1641或第二比较器1642。补偿器1640可以被配置为补偿ISI。

图17图示了根据本公开的实施例的检测系统的备选布置。如图17所示，可以提供信道1710。信道1710可以包括前置放大器或增益单元。输入1701可以被传输到信道1710。输入1701可以包括响应于检测器的感测元件处的带电粒子到达事件而生成的信号。信道1710可以将信号传输到加法器1720。加法器1720可以执行处理并且可以将信号传输到数字转换器1730。数字转换器1730可以传输输出1731。此外，可以提供反馈回路1740。反馈回路1740可以使用来自数字转换器1730的输出来执行处理并且可以将信息传输到加法器1720。反馈回路1740可以包括系数a1、a2、…等。

信道1710可以被配置为具有窄带宽，并且可能存在泄漏到后续采样时刻(例如，后兆)的信号的一些非零值。带电粒子可以随机地到达检测器，并且可能存在到达事件之间的时间段减小到使得例如可能发生堆积的水平的时间。为了补偿可能由后兆引起的堆积或下降影响，反馈回路1740可以使用系数(包括系数a1、a2)来减去信号脉冲中的残余信号。

本公开的实施例可以提供被配置为执行ISI校正的补偿器。补偿器可以使用从带电粒子到达事件生成的信号脉冲的可预测形状，并且可以对输入信号执行调整以消除误差影响(例如，由于ISI引起的误差)。一些实施例可以实现低功率低速电子计数电子器件来实现高速和高准确度电子检测。

在一些实施例中，带电粒子事件的特性可以对应于响应于检测器(例如，像素化阵列中的感测元件)的一部分处的带电粒子到达事件而生成的信号脉冲的波形的期望形状。带电粒子可以是次级电子或背向散射电子。在一些实施例中，检测器上的入射带电粒子可以具有不同的能量。例如，次级电子和背向散射电子可以在检测器上具有不同的着落能量。不论这样的能量差异如何，响应于次级或背向散射电子到达检测器而生成的信号脉冲可能表现出类似的行为。例如，来自次级电子的信号脉冲的波形可以与背向散射电子的波形基本相同。不论入射带电粒子是次级电子还是背向散射电子，峰值的幅度可以不同，但是检测系统的补偿器可以被配置为补偿ISI。

现在可以参考图18，图18是根据本公开的实施例的确定带电粒子数目的方法的流程图。带电粒子束设备的控制器可以被编程以实现图18的流程图。带电粒子束设备中包括的检测器可以包括电路并且被配置为实现图18的流程图。计算机可读介质可以存储可以由系统的处理器执行以使得系统执行图18的流程图的指令集。处理器可以包括多个处理器。方法可以从生成可用于检查样本的带电粒子束开始。带电粒子可以被投射到样本上，并且次级粒子可以被引导到检测器。检测器可以开始接收次级粒子并分析它们的检测过程。

如图18所示，方法可以包括步骤S110：生成第一信号。第一信号可以包括响应于带电粒子到达检测器而生成的信号。第一信号可以是在带电粒子撞击感测元件时，在感测元件中生成的电荷或电流脉冲。信号可以被馈送到例如可以包括输入级的读出电路。第一信号可以由输入级生成。

步骤S110可以包括步骤S111：将来自感测元件的信号变换为另一形式。步骤S111可以包括将电流脉冲变换为电压脉冲。步骤S111可以由诸如跨阻放大器的前置放大器来执行。步骤S110可以包括步骤S112：将信号放大。经放大的信号可以是从前置放大器输出的电压脉冲。步骤S110可以由增益单元执行。第一信号可以被变换和放大并输出到另一部件。第一信号可以由前置放大器生成。第一信号可以由增益单元放大为经放大的信号。

接下来，方法可以包括步骤S120：使用第一信号来执行处理。步骤S120可以包括步骤S121：确定补偿。步骤S121的补偿可以包括ISI失真补偿。步骤S121可以包括基于带电粒子到达事件的预定特性进行确定。例如，可以确定将第一信号补偿某个值，该值基于响应于带电粒子到达事件而生成的信号脉冲的波形形状。

步骤S120可以包括步骤S122：针对误差进行补偿。在步骤S122中补偿的误差可以包括ISI失真误差。步骤S122可以包括将第一信号与参考进行比较。参考可以是可调的。步骤S122可以由补偿器执行。

步骤S120可以包括步骤S123：调整补偿。步骤S123可以包括调整在步骤S122中使用的参考。步骤S123中补偿的调整可以基于第一信号。例如，可以基于第一信号确定带电粒子到达事件已发生。步骤S123可以包括基于带电粒子到达事件已发生的事实来调整补偿。步骤S123可以由反馈回路来执行。

步骤S120可以包括步骤S124：使用第一信号来进行数字化。在步骤S124中使用第一信号将信号数字化可以包括将模拟信号变换为数字信号。步骤S124可以包括生成二进制输出。步骤S124可以由数字转换器执行。步骤S124可以由鉴别器执行。在步骤S124中生成的数字信号可以被传输到另一部件。步骤S124可以包括生成计数信号。

尽管图18示出了步骤S124在步骤S120内，但是在一些实施例中，生成或输出计数信号的步骤可以与步骤S120分离。例如，步骤S120可以被执行并且可以使用第一信号来进行处理。然后，基于使用第一信号的处理，计数信号可以被输出。计数信号可以被用作对电子进行计数的基础。

接下来，如图18所示，方法可以包括步骤S130：对带电粒子到达事件进行计数。步骤S130可以使用在步骤S124中生成的数字信号。步骤S130可以由计数电路来执行。例如，数字信号“1”可以从数字转换器输出，指示带电粒子到达事件已发生。计数电路可以基于数字信号1来递增计数器。计数电路可以对来自多个感测元件或来自多个时间段的计数求和。计数电路可以在给定时间输出入射到检测器上的带电粒子数。计数电路可以在给定时间输出入射到检测器的区域上的带电粒子数。

图18的方法可以在结束时重复。在一些实施例中，图18的方法可以在结束之前重复一些步骤。例如，步骤S110和S120可以在对带电粒子计数求和之前重复。检测器的区域(例如，像素组)的计数可以在确定总带电粒子计数之前进行求和。

现在可以参考图19，图19是根据本公开的实施例的调整检测器的功耗的方法的流程图。与图18的流程图类似，图19的流程图可以由带电粒子系统的控制器来实现。计算机可读介质可以存储用于实现图19的流程图的指令。

在图19的方法中，可以存在确定检测系统的部件的参数的步骤S210。步骤S210可以包括优化参数。参数例如可以是检测系统的前置放大器的带宽。

步骤S210可以包括步骤S211：基于第一类型的误差(例如，ISI误差)，确定部件(例如，前置放大器)的参数(例如，带宽)。

步骤S210可以包括步骤S212：以不同于步骤S211的方式确定参数。步骤S210可以包括基于第二类型的误差(例如，噪声误差)来确定部件的参数。在第一类型的误差和第二类型的误差之间可能存在关系。第一类型的误差可以与第二类型的误差相互关联。例如，确定增加前置放大器的带宽来将基于ISI的错误率最小化可能具有增加基于噪声的错误率的影响。

步骤S211可以包括考虑检测系统的最小速度来设置参数。例如，步骤S211可以包括确定前置放大器的带宽，以便避免可能不能利用ISI补偿来解决的附加ISI误差。

步骤S210可以包括步骤S212：基于第二类型的误差来确定部件的参数。第二类型的误差可以是噪声误差。

步骤S210可以包括步骤S213：补偿第一类型的误差。步骤S213可以包括补偿ISI误差。例如，步骤S213可以由检测系统的补偿器来执行。

接下来，进一步优化参数的步骤S221可以被执行。步骤S221可以包括基于通过补偿ISI误差实现的条件来优化前置放大器的带宽。步骤S221可以包括调整部件的功耗。步骤S221可以包括优化参考1250。例如，步骤S221可以包括优化所使用的阈值的数目或它们的值(例如，VTH1、VTH2是多少以及是什么值等)。步骤S221可以包括优化图16的系统中(例如，第一比较器1641或第二比较器1642)所使用的阈值。在一些实施例中，步骤S221可以包括优化反馈系数的数目或它们的值(例如，图17中的系数a1、a2)。

图19的方法可以包括降低功耗。检测系统可以被配置为消耗相对较低的功率量，同时实现与标称情况类似的准确度。在一些实施例中，检测系统可以被配置为消耗与标称情况类似的功率，同时实现更高的准确度。

实施例可以使用以下条款来进一步描述：

1.一种确定在一时段内入射到检测器上的带电粒子的数目的方法，包括：

生成第一信号，第一信号基于撞击所述检测器的感测元件的带电粒子；

基于所述检测器上的带电粒子到达事件的预定特性，使用所述第一信号来执行处理；以及

基于所述处理，输出计数信号。

2.根据条款1所述的方法，其中生成所述第一信号包括将由撞击所述感测元件的所述带电粒子生成的信号从电流或电荷信号转换为电压信号。

3.根据条款1或条款2所述的方法，其中生成所述第一信号包括将所述第一信号放大以生成经放大的信号。

4.根据条款1-3中任一项所述的方法，其中执行所述处理包括将所述第一信号与可调阈值进行比较，并且当所述可调阈值是第一阈值并且所述第一信号越过所述第一阈值时，将所述可调阈值改变为第二阈值。

5.根据条款4所述的方法，其中：

当所述可调阈值是第一阈值时，响应于所述第一信号越过所述第一阈值而输出所述计数信号，所述计数信号指示第一带电粒子到达。

6.根据条款4或条款5所述的方法，还包括：

当所述可调阈值是所述第二阈值并且所述第一信号没有越过所述第二阈值时，将所述可调阈值改变为所述第一阈值。

7.根据条款4或条款5所述的方法，其中：

当所述可调阈值是所述第二阈值时，响应于所述第一信号越过所述第二阈值而输出所述计数信号，所述计数信号指示第二带电粒子到达。

8.根据条款4-7中任一项所述的方法，其中将所述第一信号与所述可调阈值进行比较在每个采样时段执行一次。

9.根据条款1-3中任一项所述的方法，其中执行所述处理包括基于所述带电粒子到达事件的所述预定特性，向所述第一信号添加第一量。

10.根据条款9所述的方法，其中所述第一量包括负的量。

11.根据条款1-10中任一项所述的方法，其中所述预定特性包括波形形状。

12.根据条款1-11中任一项所述的方法，其中所述预定特性包括信号脉冲宽度。

13.根据条款1-12中任一项所述的方法，其中所述预定特性包括信号脉冲的峰值之后的残余量。

14.根据条款13所述的方法，其中所述残余量对应于在所述信号脉冲的所述峰值之后，所述时段的所述信号脉冲的信号电平。

15.根据条款1-14中任一项所述的方法，其中所述时段包括执行所述方法的部件的时钟周期。

16.一种调整检测器的功耗的方法，包括：

基于第一类型的误差，确定所述检测器的部件的参数；以及

基于所述检测器上的带电粒子到达事件的预定特性来补偿所述第一类型的误差。

17.根据条款16所述的方法，其中所述第一类型的误差基于符号间干扰。

18.根据条款16或条款17所述的方法，还包括：

基于第二类型的误差，确定所述部件的所述参数。

19.根据条款18所述的方法，其中所述第二类型的误差基于噪声。

20.根据条款18或19所述的方法，还包括：

优化所述参数，以将所述第二类型的误差最小化。

21.根据条款16-20中任一项所述的方法，其中所述参数包括所述检测器的前置放大器的带宽。

22.根据条款16-20中任一项所述的方法，还包括：

基于通过补偿所述第一类型的误差所实现的条件来进一步优化所述参数。

23.根据条款22所述的方法，其中进一步优化所述参数包括调整所述部件的所述功耗。

24.一种用于带电粒子检测器的电路，包括：

被配置为生成第一信号的部件，第一信号基于在一时段内撞击所述带电粒子检测器的感测元件的带电粒子；以及

补偿器，被配置为基于所述检测器上的带电粒子到达事件的预定特性来使用所述第一信号执行处理。

25.根据条款24所述的电路，还包括：

输入级，被配置为将响应于所述带电粒子撞击所述感测元件而生成的信号转换为另一形式。

26.根据条款25所述的电路，其中所述输入级包括前置放大器。

27.根据条款26所述的电路，其中所述前置放大器包括被配置为将电流或电荷信号转换为电压信号的跨阻放大器。

28.根据条款24-27中任一项所述的电路，其中所述补偿器包括被配置为将所述第一信号与可调阈值进行比较的比较器。

29.根据条款24-27中的任一项所述的电路，其中所述补偿器包括加法器，所述加法器被配置为将量添加到所述第一信号。

30.根据条款25所述的电路，其中所述输入级包括增益单元，所述增益单元被配置为将所述第一信号放大以生成经放大的信号。

31.根据条款24-30中任一项所述的电路，其中所述补偿器被配置为将所述第一信号与可调阈值进行比较，并且当所述可调阈值是第一阈值并且所述第一信号越过阈值时，将所述可调阈值改变为第二阈值。

32.根据条款31所述的电路，其中所述补偿器被配置为在所述可调阈值是所述第一阈值时，响应于所述第一信号越过所述可调阈值，输出指示第一带电粒子到达的信号。

33.根据条款31或条款32所述的电路，其中所述补偿器被配置为在所述可调阈值是所述第二阈值并且所述第一信号没有越过所述第二阈值时，将所述可调阈值改变为所述第一阈值。

34.根据条款31或条款32所述的电路，其中所述补偿器被配置为在所述可调阈值是所述第二阈值时，响应于所述第一信号越过所述可调阈值，输出指示第二带电粒子到达的信号。

35.根据条款31-34中任一项所述的电路，其中所述第一信号与所述可调阈值的比较在每个时钟周期执行一次。

36.根据条款24-35中任一项所述的电路，其中所述补偿器包括数字转换器。

37.根据条款24-36中任一项所述的电路，其中所述补偿器被配置为基于由所述补偿器执行的处理来输出计数信号。

38.一种存储指令集的计算机可读介质，所述指令集能够由系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统执行方法，所述方法包括：

生成第一信号，所述第一信号基于撞击检测器的感测元件的带电粒子；

当所述可调参考为第一阈值时，响应于所述第一信号越过可调参考，输出第一计数信号，以及

将所述可调参考改变为第二阈值。

39.根据条款38所述的介质，其中所述指令集能够由所述系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统进一步执行：

当所述可调参考是所述第二阈值时，响应于所述第一信号越过所述可调参考，输出第二计数信号。

40.根据条款38或条款39所述的介质，其中所述指令集能够由所述系统的一个或多个处理器执行以使得系统进一步执行：

将所述可调参考从所述第二阈值改变为所述第一阈值。

41.根据条款40所述的介质，其中在一时间段之后，所述可调参考从所述第二阈值改变为所述第一阈值。

42.根据条款38-40中任一项所述的介质，其中生成所述第一信号包括将由撞击所述感测元件的带电粒子生成的信号从电流或电荷信号转换为电压信号。

43.根据条款38-41中任一项所述的介质，其中生成所述第一信号包括将所述第一信号放大以生成经放大的信号。

44.根据条款38-43中任一项所述的介质，其中所述第一信号与所述可调参考在每个采样时段比较一次。

45.根据条款38-44中任一项所述的介质，其中所述指令集能够由所述系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统进一步执行：

基于所述带电粒子到达事件的预定特性，向所述第一信号添加第一量。

46.根据条款45所述的介质，其中所述第一量包括负的量。

47.根据条款45或条款46所述的介质，其中所述预定特性包括波形形状。

48.根据条款45-47中任一项所述的介质，其中所述预定特性包括信号脉冲宽度。

49.根据条款45-48中任一项所述的介质，其中所述预定特性包括信号脉冲的峰值之后的残余量。

50.根据条款49所述的介质，其中所述残余量对应于在所述信号脉冲的所述峰值之后，一时段内的信号脉冲的信号电平。

51.根据条款50所述的介质，其中所述时段包括所述一个或多个处理器的时钟周期。

52.一种存储指令集的计算机可读介质，所述指令集能够由系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统执行调整检测器的功耗的方法，所述方法包括：

基于第一类型的误差，确定所述检测器的部件的参数；以及

基于所述检测器上的带电粒子到达事件的预定特性来补偿所述第一类型的误差。

53.根据条款52所述的介质，其中所述第一类型的误差基于符号间干扰。

54.根据条款52或条款53所述的介质，其中所述指令集能够由所述系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统进一步执行：

基于第二类型的误差，确定所述部件的所述参数。

55.根据条款54所述的介质，其中所述第二类型的误差基于噪声。

56.根据条款54或条款55所述的介质，其中所述指令集能够由所述系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统进一步执行：

优化所述参数以便将所述第二类型的误差最小化。

57.根据条款52-56中任一项所述的介质，其中所述参数包括所述检测器的前置放大器的带宽。

58.根据条款52-57中任一项所述的介质，其中所述指令集能够由所述系统的一个或多个处理器执行以使得所述系统进一步执行：

基于通过补偿所述第一类型的误差所实现的条件来进一步优化所述参数。

59.根据条款58所述的介质，其中进一步优化所述参数包括调整所述部件的所述功耗。

60.根据条款4-7中任一项所述的方法，还包括：

将所述可调阈值从所述第二阈值改变为所述第一阈值。

61.根据条款60所述的方法，其中当所述可调阈值是所述第二阈值并且所述第一信号在所述时段内没有越过所述第二阈值时，所述可调阈值被改变为第一阈值。

62.根据条款61所述的方法，其中当所述可调阈值是所述第二阈值并且所述第一信号在所述时段内保持高于所述第二阈值时，所述可调阈值被改变为所述第一阈值。

63.根据条款4所述的方法，其中所述第一信号越过所述第一阈值包括所述第一信号上升到所述第一阈值之上。

64.一种确定在一时段内入射到检测器上的带电粒子的数目的方法，包括：

生成第一信号，所述第一信号基于撞击所述检测器的感测元件的带电粒子；

当所述可调参考为第一阈值时，响应于所述第一信号越过可调参考，输出第一计数信号，以及

将所述可调参考改变为第二阈值。

65.根据条款64所述的方法，还包括：

当所述可调参考是所述第二阈值时，响应于所述第一信号越过所述可调参考，输出第二计数信号。

66.根据条款64或条款65所述的方法，还包括：

将所述可调参考从所述第二阈值改变为所述第一阈值。

67.根据条款64所述的方法，其中在一时间段之后，所述可调参考从所述第二阈值改变为所述第一阈值。

68.根据条款64-67中任一项所述的方法，其中生成所述第一信号包括将由所述带电粒子撞击所述感测元件所生成的信号从电流或电荷信号转换为电压信号。

69.根据条款64-68中任一项所述的方法，其中生成所述第一信号包括将所述第一信号放大以生成经放大的信号。

70.根据条款64-69中的任一项所述的方法，其中所述第一信号与所述可调参考在每个时钟周期比较一次。

71.根据条款64-70中任一项所述的方法，还包括：

基于所述带电粒子到达事件的预定特性，向第一信号添加第一量。

72.根据条款71所述的方法，其中所述第一量包括负的量。

73.根据条款71或条款72所述的方法，其中所述预定特性包括波形形状。

74.根据条款71-73中任一项所述的方法，其中所述预定特性包括信号脉冲宽度。

75.根据条款71-74中任一项所述的方法，其中所述预定特性包括信号脉冲的峰值之后的残余量。

76.根据条款75所述的方法，其中所述残余量对应于所述信号脉冲的所述峰值之后，一时段内的信号脉冲的信号电平。

77.根据条款76所述的方法，其中所述时段是所述处理器的时钟周期。

78.根据条款76所述的方法，其中所述时段是所述处理器的多个时钟周期。

在一些实施例中，控制器可以控制带电粒子束系统。控制器可以包括计算机处理器。控制器可以指示带电粒子束系统的部件以执行各种功能，诸如控制带电粒子源以生成带电粒子束、控制偏转器以偏转射束或子束、以及控制次级成像系统的部件以将次级带电粒子束引导到检测器。控制器还可以执行确定检测系统的参数、执行图像获取、图像处理等的功能。控制器可以包括作为存储介质的存储装置，诸如硬盘、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。控制器可以与云存储装置通信。可以提供非暂态计算机可读介质，其存储用于控制器109的处理器执行射束形成、电子计数、功耗优化或根据本公开的其他功能和方法的指令。非暂态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动装置、磁带或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储芯片或盒以及它们的联网版本。

附图中的框图可以图示根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件或软件产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路的硬件实现的某些算术或逻辑运算处理。框还可以表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的模块、段或部分。应当理解，在一些备选实现方式中，在框中指示的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个框可以基本上同时执行或实现，或者有时两个框可以以相反的顺序执行。一些框也可以被省略。例如，基于第一类型的误差确定参数的步骤S211和基于第二类型的误差确定参数的步骤S212可以以预定顺序发生。还应当理解，框图的每个框以及框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

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发明的范围的情况下作出各种修改和改变。例如，一个或多个透镜或其它光学部件可以在不同点处被添加到本文中所讨论的示例性粒子光学系统的特定构造中。可以提供光学部件以用于例如放大、缩放和图像抗旋转等。光学部件可以将带电粒子引导到检测器。