Recent advances in fabrication have enabled radial-junction architectures for cost-effective and high-performance optoelectronic devices. Unlike a planar PN junction, a radial-junction geometry maximizes the optical interaction in the three-dimensional (3D) structures, while effectively extracting the generated carriers via the conformal PN junction. In this paper, we report characterizations of radial PN junctions that consist of p -type Si micropillars created by deep reactive-ion etching (DRIE) and an n -type layer formed by phosphorus gas diffusion. We use electron-beam induced current (EBIC) microscopy to access the 3D junction profile from the sidewall of the pillars. Our EBIC images reveal uniform PN junctions conformally constructed on the 3D pillar array. Based on Monte-Carlo simulations and EBIC modeling, we estimate local carrier separation/collection efficiency that reflects the quality of the PN junction. We find the EBIC efficiency of the pillar array increases with the incident electron beam energy, consistent with the EBIC behaviors observed in a high-quality planar PN junction. The magnitude of the EBIC efficiency of our pillar array is about 70% at 10 kV, slightly lower than that of the planar device (≈ 81%). We suggest that this reduction could be attributed to the unpassivated pillar surface and the unintended recombination centers in the pillar cores introduced during the DRIE processes. Our results support that the depth-dependent EBIC approach is ideally suitable for evaluating PN junctions formed on micro/nanostructured semiconductors with various geometry.

中文翻译：

---

径向结 Si 微柱阵列的深度依赖 EBIC 显微术

制造方面的最新进展使径向结架构能够用于具有成本效益和高性能的光电器件。与平面 PN 结不同，径向结几何形状最大限度地提高了三维 (3D) 结构中的光学相互作用，同时通过共形 PN 结有效地提取了生成的载流子。在本文中，我们报告了径向 PN 结的特征，该结由深反应离子蚀刻 (DRIE) 产生的 p 型硅微柱和磷气体扩散形成的 n 型层组成。我们使用电子束感应电流 (EBIC) 显微镜从柱子的侧壁访问 3D 结轮廓。我们的 EBIC 图像显示了在 3D 柱阵列上共形构建的均匀 PN 结。基于蒙特卡罗模拟和EBIC建模，我们估计了反映 PN 结质量的局部载流子分离/收集效率。我们发现柱阵列的 EBIC 效率随着入射电子束能量的增加而增加，这与在高质量平面 PN 结中观察到的 EBIC 行为一致。我们的柱式阵列的 EBIC 效率在 10 kV 时约为 70%，略低于平面器件（≈ 81%）。我们认为这种减少可能归因于未钝化的柱表面和在 DRIE 过程中引入的柱芯中的意外复合中心。我们的结果支持深度相关的 EBIC 方法非常适合评估在具有各种几何形状的微/纳米结构半导体上形成的 PN 结。我们发现柱阵列的 EBIC 效率随着入射电子束能量的增加而增加，这与在高质量平面 PN 结中观察到的 EBIC 行为一致。我们的柱式阵列的 EBIC 效率在 10 kV 时约为 70%，略低于平面器件（≈ 81%）。我们认为这种减少可能归因于未钝化的柱表面和在 DRIE 过程中引入的柱芯中的意外复合中心。我们的结果支持深度相关的 EBIC 方法非常适合评估在具有各种几何形状的微/纳米结构半导体上形成的 PN 结。我们发现柱阵列的 EBIC 效率随着入射电子束能量的增加而增加，这与在高质量平面 PN 结中观察到的 EBIC 行为一致。我们的柱式阵列的 EBIC 效率在 10 kV 时约为 70%，略低于平面器件（≈ 81%）。我们认为这种减少可能归因于未钝化的柱表面和在 DRIE 过程中引入的柱芯中的意外复合中心。我们的结果支持深度相关的 EBIC 方法非常适合评估在具有各种几何形状的微/纳米结构半导体上形成的 PN 结。我们的柱式阵列的 EBIC 效率在 10 kV 时约为 70%，略低于平面器件（≈ 81%）。我们认为这种减少可能归因于未钝化的柱表面和在 DRIE 过程中引入的柱芯中的意外复合中心。我们的结果支持深度相关的 EBIC 方法非常适合评估在具有各种几何形状的微/纳米结构半导体上形成的 PN 结。我们的柱式阵列的 EBIC 效率在 10 kV 时约为 70%，略低于平面器件（≈ 81%）。我们认为这种减少可能归因于未钝化的柱表面和在 DRIE 过程中引入的柱芯中的意外复合中心。我们的结果支持深度相关的 EBIC 方法非常适合评估在具有各种几何形状的微/纳米结构半导体上形成的 PN 结。