Novel Ultrafast Backscattered Electron Detector With Field-Effect Transistor Enhanced In Situ Signal Amplification

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作者
Zhu Chen,Lilei Hu,Li Zhang,Jingxuan Shen,Chang Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (3): 1109-1114 被引量:7
标识
DOI:10.1109/ted.2023.3236907
摘要

For electron microscopy, ultrafast detectors with high sensitivity are intrinsically demanded, especially for biomedical applications, where probing electrons can damage biological samples under investigation. Addressing this, a novel ultrafast electron detector with field-effect transistor (FET) enhanced in situ signal amplification is proposed and verified in this study. Through Silvaco-based simulation, the detector demonstrates a high gain of over sevenfold of the current generated in conventional p-i-n-based detectors and an ultrafast response with a cutoff frequency of over 500 MHz. Furthermore, a proposed nonuniform gating oxide design shows an improvement in the detector output current from 61 to$87 \mu \text{A}/\mu \text{m}$. Besides, a nonlinear doping profile of the electron absorption layer is also proven effective in enhancing the in situ signal amplification effects. Particularly, a detector with a thick electron absorption layer of$50 \mu \text{m}$exhibits excellent performances with an output current over$16 \mu \text{A}/\mu \text{m}$and a cutoff frequency of approximately 200 MHz, making it possible to detect high-energy electrons.
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