Eva Monroy, Corinne Sartel, Vincent Sallet, Julien Pernot, Robert A. McLeod, Fabrice Donatini, Martien Den Hertog, Matériaux, Rayonnements, Structure (NEEL - MRS), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Optique & Microscopies (NEEL - POM), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Nanophysique et Semiconducteurs (NPSC), PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS (PHELIQS), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Groupe d'Etude de la Matière Condensée (GEMAC), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Semi-conducteurs à large bande interdite (NEEL - SC2G), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), ANR-12-JS10-0002,COSMOS,Correlation du microscopie électronique en transmission avec des mesures optique et électrique effectués sur le même nanofils unique(2012), ANR-11-NANO-0013,MAD-FIZ,Maîtrise du dopage dans les nanofils semiconducteurs : cas de l'oxyde de zinc(2011), Matériaux, Rayonnements, Structure (MRS), Optique et microscopies (POM), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and Semi-conducteurs à large bande interdite (SC2G )
International audience; Quantitative characterization of electrically active dopants and surface charges in nano-objects is challenging, since most characterization techniques using electrons [1–3], ions [4] or field ionization effects [5–7] study the chemical presence of dopants, which are not necessarily electrically active. We perform cathodoluminescence and voltage contrast experiments on a contacted and biased ZnO nanowire with a Schottky contact and measure the depletion length as a function of reverse bias. We compare these results with state-of-the-art off-axis electron holography in combination with electrical in situ biasing on the same nanowire. The extension of the depletion length under bias observed in scanning electron microscopy based techniques is unusual as it follows a linear rather than square root dependence, and is therefore difficult to model by bulk equations or finite element simulations. In contrast, the analysis of the axial depletion length observed by holography may be compared with three-dimensional simulations, which allows estimating an n-doping level of 1 × $10^{18}$ $cm^{−3}$ and negative sidewall surface charge of 2.5 × $10^{12}$ $cm^{−2}$ of the nanowire, resulting in a radial surface depletion to a depth of 36 nm. We found excellent agreement between the simulated diameter of the undepleted core and the active thickness observed in the experimental data. By combining TEM holography experiments and finite element simulation of the NW electrostatics, the bulk-like character of the nanowire core is revealed.