A silicon p-n junction has been mapped using electron beam induced current in both a scanning transmission electron microscope (STEM) and a conventional scanning electron microscope (SEM). In STEM, the transmission of a higher energy electron beam through the thin specimen leads to better spatial resolution and a more uniform interaction volume than can be achieved in SEM. Better spatial resolution is also achieved in the thin TEM specimens as the diffusion lengths of the minority carriers are much lower than measured in bulk material due to the proximity of specimen surfaces. We further demonstrate that a positive fixed surface charge favors surface recombination of electrons in n-type silicon and induces a surface depletion region in p-type silicon. These results have been compared to off-axis electron holography measurements of the electrostatic potentials and simulations of the internal fields.

1.
J.-M.
Bonard
and
J.-D.
Ganière
,
J. Appl. Phys.
79
,
6987
(
1996
).
2.
S. I.
Maximenko
,
M. P.
Lumb
,
R.
Hoheisel
,
M.
Gonzalez
,
D. A.
Scheiman
,
S. R.
Messenger
,
T. N. D.
Tibbits
,
M.
Imaizumi
,
T.
Ohshima
,
S. I.
Sato
,
P. P.
Jenkins
, and
R. J.
Walters
,
J. Appl. Phys.
118
,
245705
(
2015
).
3.
M.-G.
Han
,
J. A.
Garlow
,
M. S. J.
Marshall
,
A. L.
Tiano
,
S. S.
Wong
,
S.-W.
Cheong
,
F. J.
Walker
,
C. H.
Ahn
, and
Y.
Zhu
,
Ultramicroscopy
176
,
80
(
2017
).
4.
E. B.
Yakimov
,
J. Alloys Compd.
627
,
344
(
2015
).
5.
O.
Marcelot
and
P.
Magnan
,
Ultramicroscopy
197
,
23
(
2019
).
6.
Z.
Taghipour
,
S.
Lee
,
S. A.
Myers
,
E. H.
Steenbergen
,
C. P.
Morath
,
V. M.
Cowan
,
S.
Mathews
,
G.
Balakrishnan
, and
S.
Krishna
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
024047
(
2019
).
7.
N.
Yoon
,
C. J.
Reyner
,
G.
Ariyawansa
,
J. M.
Duran
,
J. E.
Scheihing
,
J.
Mabon
, and
D.
Wasserman
,
J. Appl. Phys.
122
,
074503
(
2017
).
8.
K. L.
Luke
,
J. Appl. Phys.
90
,
3413
(
2001
).
9.
C. M.
Parish
and
P. E.
Russell
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
192108
(
2006
).
10.
O.
Kurniawan
and
V. K. S.
Ong
,
IEEE Trans. Electron Devices
56
,
1094
(
2009
).
11.
O.
Kurniawan
,
C. C.
Tan
,
V. K. S.
Ong
,
E.
Li
, and
C. J.
Humphreys
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
,
2455
(
2010
).
12.
J. E.
Moore
,
C. A.
Affouda
,
S. I.
Maximenko
, and
P.
Jenkins
,
J. Appl. Phys.
124
,
113102
(
2018
).
13.
G.
Moldovan
,
P.
Kazemian
,
P. R.
Edwards
,
V. K. S.
Ong
,
O.
Kurniawan
, and
C. J.
Humphreys
,
Ultramicroscopy
107
,
382
(
2007
).
14.
S.
Tanaka
,
H.
Tanaka
,
T.
Kawasaki
,
M.
Ichihashi
,
T.
Tanji
,
K.
Arafune
,
Y.
Ohshita
, and
M.
Yamaguchi
,
J. Mater. Sci. Mater. Electron.
19
,
324
(
2008
).
15.
W. A.
Hubbard
,
M.
Mecklenburg
,
H. L.
Chan
, and
B. C.
Regan
,
Phys. Rev. Appl.
10
,
044066
(
2018
).
16.
M.
Mecklenburg
,
W. A.
Hubbard
,
J. J.
Lodico
, and
B. C.
Regan
,
Ultramicroscopy
207
,
112852
(
2019
).
17.
T.
Kushida
,
S.
Tanaka
,
C.
Morita
,
T.
Tanji
, and
Y.
Ohshita
,
Microscopy
61
,
293
(
2012
).
18.
M. G.
Han
,
M. S. J.
Marshall
,
L.
Wu
,
M. A.
Schofield
,
T.
Aoki
,
R.
Twesten
,
J.
Hoffman
,
F. J.
Walker
,
C. H.
Ahn
, and
Y.
Zhu
,
Nat. Commun.
5
,
3461
(
2014
).
19.
T.
Meyer
,
B.
Kressdorf
,
J.
Lindner
,
P.
Peretzki
,
V.
Roddatis
,
C.
Jooss
, and
M.
Seibt
,
J. Phys. Conf. Ser.
1190
,
012009
(
2019
).
20.
C.
Li
,
J.
Poplawsky
,
Y.
Wu
,
A. R.
Lupini
,
A.
Mouti
,
D. N.
Leonard
,
N.
Paudel
,
K.
Jones
,
W.
Yin
,
M.
Al-Jassim
,
Y.
Yan
, and
S. J.
Pennycook
,
Ultramicroscopy
134
,
113
(
2013
).
21.
C. L.
Progl
,
C. M.
Parish
,
J. P.
Vitarelli
, and
P. E.
Russell
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
242103
(
2008
).
22.
J. A.
del Alamo
and
R. M.
Swanson
,
Solid State Electron.
30
,
1127
(
1987
).
23.
M. S.
Tyagi
and
R.
Van Overstraeten
,
Solid State Electron.
26
,
577
(
1983
).
24.
D.
Ban
,
E. H.
Sargent
,
St. J.
Dixon-Warren
,
I.
Calder
,
A. J.
SpringThorpe
,
R.
Dworschak
,
G.
Este
, and
J. K.
White
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
5057
(
2002
).
25.
D.
Cooper
,
C.
Ailliot
,
R.
Truche
,
J.-P.
Barnes
,
J.-M.
Hartmann
, and
F.
Bertin
,
J. Appl. Phys.
104
,
064513
(
2008
).
26.
B.
Haas
,
J.-L.
Rouvière
,
V.
Boureau
,
R.
Berthier
, and
D.
Cooper
,
Ultramicroscopy
198
,
58
(
2019
).
27.
L.
Bruas
,
V.
Boureau
,
A. P.
Conlan
,
S.
Martinie
,
J.-L.
Rouviere
, and
D.
Cooper
,
J. Appl. Phys.
127
,
205703
(
2020
).
28.
O.
Marcelot
,
S. I.
Maximenko
, and
P.
Magnan
,
IEEE Trans. Electron Devices
61
,
2437
(
2014
).
29.
R.
Zhou
,
M.
Yu
,
D.
Tweddle
,
P.
Hamer
,
D.
Chen
,
B.
Hallam
,
A.
Ciesla
,
P. P.
Altermatt
,
P. R.
Wilshaw
, and
R. S.
Bonilla
,
J. Appl. Phys.
127
,
024502
(
2020
).
30.
H.
Lichte
and
M.
Lehmann
,
Rep. Prog. Phys.
71
,
016102
(
2008
).
31.
A.
Tonomura
,
Electron Holography
(
Springer
,
Berlin
,
1999
).
32.
V.
Boureau
,
R.
McLeod
,
B.
Mayall
, and
D.
Cooper
,
Ultramicroscopy
193
,
52
(
2018
).
33.
P. T.
Pinard
,
H.
Demers
,
F.
Salvat
,
R.
Gauvin
,
J. M.
Fernández-Varea
,
E.
Acosta
,
J.
Sempau
, and
X. L.
Lovet
,
PyPENELOPE
(
2012
), available at http://pypenelope.sourceforge.net.
34.
D.
Drouin
,
A. R.
Couture
,
D.
Joly
,
X.
Tastet
,
V.
Aimez
, and
R.
Gauvin
,
Scanning
29
,
92
(
2007
).
35.
S.
Birner
,
T.
Zibold
,
T.
Andlauer
,
T.
Kubis
,
M.
Sabathil
,
A.
Trellakis
, and
P.
Vogl
,
IEEE Trans. Electron Devices
54
,
2137
(
2007
).
36.
S.
Rubanov
and
P. R.
Munroe
,
J. Microsc.
214
,
213
(
2004
).
37.
J.
Cazaux
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B
244
,
307
(
2006
).
38.
D.
Cooper
,
P.
Rivallin
,
J.-M.
Hartmann
,
A.
Chabli
, and
R. E.
Dunin-Borkowski
,
J. Appl. Phys.
106
,
064506
(
2009
).
39.
C. P.
Sealy
,
M. R.
Castell
, and
P. R.
Wilshaw
,
J. Electron Microsc.
49
,
311
(
2000
).
40.
P.
Kazemian
,
S. A. M.
Mentink
,
C.
Rodenburg
, and
C. J.
Humphreys
,
J. Appl. Phys.
100
,
054901
(
2006
).
41.
V. K. S.
Ong
,
Rev. Sci. Instrum.
69
,
1814
(
1998
).
42.
J. E.
Allen
,
E. R.
Hemesath
,
D. E.
Perea
,
J. L.
Lensch-Falk
,
Z. Y.
Li
,
F.
Yin
,
M. H.
Gass
,
P.
Wang
,
A. L.
Bleloch
,
R. E.
Palmer
, and
L. J.
Lauhon
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
168
(
2008
).
43.
P. M.
Haney
,
H. P.
Yoon
,
B.
Gaury
, and
N. B.
Zhitenev
,
J. Appl. Phys.
120
,
095702
(
2016
).
You do not currently have access to this content.