Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

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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 wurde. 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 polykristallinen 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
6.2 Vergleich von einkristallinen Silberdrähten und polykristallinen Goldleiterbahnen99 a b c + + 2 µm Ag Au Elektronen Elektronen Abb. 6.2: REM-Bilder eines simultanen Elektromigrationsexperiments an einem einkristallinen Silberdraht und einer polykristallinen Goldleiterbahn. Teilbild a) zeigt die Probe vor dem Anlegen der Spannung. Teilbild b) wurde kurz vor dem Ausfall des einkristallinen Silberdrahtes aufgenommen und Teilbild c) wurde nach dem Ausfall beider Leiter aufgenommen. (entnommen aus [192]). Bereich der Kathode mit Ausbildung einer typischen deltaförmigen Struktur, welche bei sehr hohen Stromdichten entsteht. Mit dem in Abb. 6.2 gezeigten Experiment ist eindeutig nachgewiesen, dass die Dif- fusionsrichtung der Atome innerhalb der polykristallinen Goldleiterbahnen und der einkristallinen Silberdrähte entgegengesetzt verläuft. Neben der Richtung zeigen sich weitere Unterschiede im Elektromigrationsverhalten, wie man in den zugehörigen Filmen beobachten kann. Bei den Goldleiterbahnen bilden sich die Poren typischerweise an Tripelpunkten und wachsen stationär an. Anscheinend sind die Poren in der Goldlei- terbahn aufgrund der vorhandenen Flussdivergenzen in Form von Korngrenzen stärker lokalisiert. Nur in Einzelfällen wird eine Wanderung von Poren beobachtet. In den Silber- drähten beobachtet man während der in-situ Experimente nach der Bildung der Poren
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Für meine Eltern Es geht nichts ü
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ii Abstract Electromigration is the
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iv Inhaltsverzeichnis 5.1.6 Weitere
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2 1. Einleitung 1 µm Hügel Poren
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4 1. Einleitung Abb. 1.3: Kupfermet
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6 1. Einleitung Abb. 1.4: Schematis
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8 1. Einleitung Silber [47-49], Gol
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10 1. Einleitung zwischen dem Wider
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12 2. Grundlagen Metallionen über
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18 2. Grundlagen a b + + Hügel Hü
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Seite 132 und 133: 122 Literatur [108] H. Landolt, R.
Seite 134 und 135: 124 Literatur [136] T. O. Ogurtani,
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Seite 138 und 139: 128 Literatur [190] M. Hartmann, Un
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