Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

6.1 Elektromigration in einkristallinen Silberdrähten 97
+
+
a
b
c
1 µm
Elektronen
Abb. 6.1: REM-Aufnahmen eines Elektromigrationsexperiments an einem einkristallinen
Silberdraht. Eine Stromstärke von 21 mA wurde an den Draht angelegt. Teilbild a) zeigt den
Draht vor dem ersten Einschalten des Stromes. In Teilbild b) sind erste Schädigungen an der
Anodenseite zu erkennen. Teilbild c) zeigt den Draht kurz vor dem elektrischen Ausfall.
bestätigt [190]. Weiterhin wachsen die Drähte nahezu unverspannt auf den verwendeten
Siliziumsubstraten auf [191]. Die Länge der Silberdrähte wird durch die Depositionsbe-
dingungen vorgegeben und liegt im Bereich von 10 µm und höher. Die Drähte weisen
einen trapezförmigen bis dreieckigen Querschnitt mit einer typischen Breite von 100 nm
bis 400 nm am Siliziumsubstrat auf.
Abb. 6.1 zeigt das Elektromigrationsverhalten eines einkristallinen Silberdrahtes.
Teilbild a) zeigt den Draht vor Anlegen einer Stromstärke von 21 mA. Teilbild b)
wurde während des Experiments aufgenommen und Teilbild c) zeigt den Draht kurz
vor dem elektrischen Ausfall. Der Draht weist ein trapezförmiges Profil auf. Mit ei-
ner Kombination von REM- und AFM-Messungen wird eine Breite von 380 nm an
der Basis und 200 nm an der Spitze bei einer Höhe von 200 nm bestimmt. Die Länge
zwischen den Goldkontakten beträgt 11, 2 µm. Anhand der Geometrie berechnet sich
eine Stromstärke von ca. 6 · 10 7 A/cm 2 zu Beginn des Experimentes. Aus Gründen der
Übersichtlichkeit ist der mittlere Bereich des Drahtes nicht gezeigt; hier wurde keine
Elektromigrationsschädigung beobachtet [192].
Man erkennt in Abb. 6.1 die Bildung von Poren an der Anodenseite des Drahtes.
Gleichzeitig findet die Bildung von Hügeln an der Kathodenseite statt. Die Bildung
der Poren und Hügel stimmt zeitlich überein, so dass man mit einiger Sicherheit davon
ausgehen kann, dass das Material der Hügel aus den Poren stammt. Bemerkenswert
ist die Richtung der Atomrümpfe entgegen der Richtung des Elektronenflusses. Für
metallische Leiter wird üblicherweise die Bildung von Poren an der Kathodenseite und