Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

98 6. Ergebnisse und Diskussion: Silberdrähte
von Hügeln an der Anodenseite beobachtet. Die Resultate des in Abb. 6.1 gezeigten
Experimentes wurden mehrfach an weiteren einkristallinen Silberdrähten bestätigt.
Die nächstliegendste Vermutung für diese ungewöhnliche Beobachtung ist, dass die
Polung gegenüber den Messungen an den polykristallinen Leiterbahnen vertauscht wur-
de. Um dies ausschließen zu können, wird im folgenden Unterkapitel ein direkter Ver-
gleich zwischen einem einkristallinen Silberdraht und einer polykristallinen Goldleiter-
bahn vorgenommen.
6.2 Vergleich von einkristallinen Silberdrähten und polykris-
tallinen Goldleiterbahnen
Aufgrund der sehr ungewöhnlichen Beobachtung einer Elektromigration entgegen der
Flussrichtung der Elektronen stellt sich zwangsläufig die Frage, ob die Polarität während
der Experimente korrekt bestimmt wurde. Um ohne jeden Zweifel ausschließen zu
können, dass die Stromrichtung in den Experimenten mit den einkristallinen Silber-
drähten korrekt bestimmt ist, wurde ein Vergleichsexperiment zwischen einem einkristal-
linem Silberdraht und einer polykristallinen Goldleiterbahn durchgeführt. Hierzu wurde
bei der EBL-Kontaktierung eines Silberdrahtes eine polykristalline Goldleiterbahn in
einem relativen Abstand von ca. 4 µm präpariert, um so das Ausfallverhalten beider
Systeme direkt miteinander vergleichen zu können. Gleichzeitig gestattet dieses Expe-
riment einen indirekten Vergleich der Elektromigrationsbeständigkeit zwischen diesen
beiden Arten von metallischen Leitern [192].
Abb. 6.2 a) zeigt das so präparierte Leiterbahnensemble vor dem Anlegen einer kon-
stanten Spannung. Im oberen Bereich der REM-Aufnahme ist der einkristalline Silber-
draht zu erkennen; im unteren Bereich des Bildes die polykristalline Goldleiterbahn.
Im linken und rechten Teil der Abbildung sind die ebenfalls aus polykristallinem Gold
bestehenden Kontakte zu erkennen. Teilbild b) zeigt die Leiterbahn nach einer Zeit von
3400 Sekunden bei einer anliegenden Zwei-Punkt-Spannung von 4 V kurz vor Ausfall
des einkristallinen Silberdrahtes. Die Stromstärke startete bei einem Wert von 89, 3 mA
und sank nach 3400 Sekunden auf einen Wert von ca. 80 mA ab.
Der Silberdraht in Abb. 6.2 weist erhebliche Elektromigrationsschädigungen auf. Die
Porenbildung konzentriert sich hierbei auf den Bereich nahe der Anode bis hin zur Mitte
der Leiterbahn. Während dieses Stadiums weist die Goldleiterbahn noch keine Poren-
bildung auf. Teilbild c) zeigt die Leiterbahn nach dem elektrischen Ausfall. Die Pore an
der Anodenseite der Silberleiterbahn dehnt sich über die gesamte Breite sowie über eine
Länge von ca. 1, 5 µm aus. Die Goldleiterbahn zeigt Elektromigrationsschädigungen im