摘要： 三维（3D）纳米与微米结构（NAMs）正受到广泛关注，并在光电子学和传感器等多个应用领域引发讨论。例如基于氮化镓（GaN）的核壳结构三维发光二极管（LED）相比传统平面LED具有显著优势：通过高纵横比可大幅增加六边形GaN柱侧壁的活性区域——在相同衬底面积工作电流下，能降低InGaN量子阱（QW）内的电流密度[1]。因此需要相关方法对单个结构及集合体进行高空间分辨率的局部电光特性表征。通常采用电子显微镜研究此类3D-NAMs的几何形貌与特性，通过扫描电镜（SEM）进行垂直特征成像时需特定样品倾斜角度（如约30°）。基于SEM操纵装置的电子束感应电流（EBIC）技术证实了单个3D-LED中pn结的存在及核壳掺杂类型，而阴极荧光（CL）则揭示了量子阱的光学特性[2]。但与平面区域的SEM检测不同，电子探针与3D-NAMs的相互作用及其周围环境会产生显著影响。在3D-NAMs集合体中，部分入射电子会散射至相邻结构，常规SEM信号（二次电子SE、背散射电子BSE、CL、X射线发射）会受到部分遮挡。这种相互作用会影响SEM成像对比度，且探测信号中包含与电子束斑材料特性无关的成分。由于这些寄生信号产生于原始相互作用区域附近，大多数（全局）SEM探测器无法将其与原始信号源分离。特别是散射事件发生在样品（衬底与NAMs）的扩大体积内，导致激发密度降低及寄生效应——例如缺陷相关的黄光发射（YL）会产生显著贡献。 我们展示了采用配备SE、束内SE、低压BSE、EBIC及单色CL检测系统以及压电控制操纵装置的场发射扫描电镜（FE-SEM）获得的InGaN/GaN核壳LED研究结果（见图1）。改进的抛物面收集镜可在30°倾斜视角下测量最大4英寸平面样品的发光。为定量解读CL和EBIC测量值及图像对比度，需通过物理建模实现SEM图像及探针斑点空间能量传递的解析，这通过模拟程序MCSEM[3]完成。该程序模拟图像形成的不同阶段，并以GaN为模型材料生成复杂NAM形状的SEM图像。模拟要素包括电子探针形成、样品结构的三维模型、电子探针与固体通过散射轨迹的相互作用、二次电子发射及不同类型电子探测器（见图2和图3）。通过评估NAMs内部特定体积沉积的散射能量作为成像信号（该能量与半导体相应体积内电子-空穴对的产生速率相关），可深入理解CL和EBIC成像机制。实验验证表明该模拟揭示了集合体导致的边缘对比度与信号遮挡，以及3D-NAMs集合体内的初级电子散射。通过吸收电流（EBAC）可实现定量对比，模拟还展示了EBIC的伪影——特别是因产生速率降低导致的边缘对比度，以及相邻结构散射产生的寄生信号。