Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

94 5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen
dem Modell von Mayadas und Shatzkes [186]) nachgewiesen, dass sich die elektrische
Leitfähigkeit in polykristallinen Nanoleiterbahnen aufgrund einer verstärkten Streuung
innerhalb der Korngrenzen verringert. Untersuchungen hierzu sind in der Literatur für
sub-100 nm Leiterbahnen aus Kupfer oder Gold zu finden. [187–189]. Die verstärkte
Streuung der Leitungselektronen erklärt die bevorzugte Bildung von Poren innerhalb
von Korngrenzen.
Bei den Untersuchungen an den polykristallinen Leiterbahnen wurde weiterhin ein
ausgeprägtes Ausheilverhalten beobachtet, welches sich in einer Abnahme des Wider-
standes nach der Thermalisierung zu Beginn der Elektromigrationsmessungen bemerk-
bar macht und bereits in der Literatur beschriebenen wurde [174]. Zur Demonstration
dieses Ausheilverhaltens wurde eine Leiterbahn gezielt mit einer Stromstärke belastet,
welche über einen Zeitraum von Stunden nicht zu sichtbaren Elektromigrationsschädi-
gungen führt. Für sechs aufeinander folgende Messungen mit gleicher Stromstärke wur-
de die Änderung des Widerstandes R(0) sowie die Temperaturerhöhung berechnet.
Während der Widerstand R(0) annähernd konstant geblieben ist, hat sich die Tem-
peraturerhöhung um ca. 10 % abgeschwächt. Als Erklärung kommt eine Änderung des
linearen Temperaturkoeffizienten aufgrund der Elektromigration in Frage [24]. Die bis-
lang in der Literatur angegebenen Änderungen des linearen Temperaturkoeffizienten
liegen allerdings nur in einer Größenordnung von einem Prozent und können damit den
hier beobachteten Effekt nicht erklären. Der Zusammenhang des Ausheilverhaltens und
der Temperaturerhöhung sollte daher in nachfolgenden Arbeiten detaillierter untersucht
werden.
Neben der Untersuchung der Elektromigrationseffekte in den Goldleiterbahnen wur-
de auch detailliert der Einfluss der in-situ Messungen auf das Widerstands- und das
Elektromigrationsverhalten hin untersucht. So konnte eindeutig der Einfluss des Elek-
tronenstrahls auf den Widerstand mit Hilfe von periodischen Widerstandsänderungen
der Leiterbahnen korrekt zugeordnet werden [169]. Qualitativ wird gezeigt, dass eine
zusätzliche Wärmeentwicklung aufgrund der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit
der Leiterbahn und dem Substrat zu beobachten ist. Dies ist bedeutsam für alle elektro-
nenoptischen in-situ Untersuchungen des elektrischen Widerstands, da eine Beeinflus-
sung der Messergebnisse durch den Elektronenstrahl berücksichtigt werden muss.
Abgesehen von diesem direkten Effekt des Elektronenstrahls, welcher Einfluss auf
die in-situ Bestimmung des Widerstandes nimmt, kommt es weiterhin zu einer Kon-
tamination der Leiterbahnen mit Kohlenstoff. Dies ist vor allem für die in dieser Ar-
beit hauptsächlich untersuchten polykristallinen Leiterbahnen von Bedeutung, da der
Kohlenstoff Einfluss auf die morphologischen Änderungen innerhalb der Leiterbahnen
nimmt. So wird durch den Kohlenstoff ein Kornwachstum (im wesentlichen hervorgeru-
fen durch die erhöhte Temperatur der Leiterbahnen aufgrund Joul’scher Wärme) stark