Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

100 6. Ergebnisse und Diskussion: Silberdrähte
(im mittleren Bereich der Drähte bis hin zur Anode) vielfach eine in Richtung zur Anode
gerichtete Bewegung der Poren. Der Grund liegt in den nicht vorhandenen Flussdiver-
genzen, die zu einer Lokalisierung der Poren (und Hügel) führen würden. Daher sind die
Poren mobiler und bewegen sich in Richtung der Anode.
Der Grund, warum der einkristalline Silberdraht vor der Goldleiterbahn die in Abb.
6.2 b) beobachtete starke Elektromigrationsschädigung gezeigt hat, wird durch die unter-
schiedlichen Leitfähigkeiten der beiden Materialien erklärt. Eine einfache Abschätzung
anhand der in dieser Arbeit bestimmten Widerstände von polykristallinen Goldleiter-
bahnen und einkristallinen Silberdrähten vergleichbarer Dimensionen zeigt, dass der
Widerstand der Goldleiterbahn ca. dreißigfach größer ist als der des einkristallinen Sil-
berdrahtes. Daher fließt ein Großteil des Stromes zunächst durch den Silberdraht und
sorgt dort für die beobachtete Elektromigrationsschädigung. Bedingt durch die Poren-
bildung steigt der Widerstand des Silberdrahtes kontinuierlich an. Dementsprechend
fließt mehr Strom durch die Goldleiterbahn und es kommt aufgrund der ansteigenden
Stromdichte zu der dort beobachteten Schädigung.
6.3 Einfluss von Fremdatomen
Es stellt sich die Frage, warum die Elektromigration in den einkristallinen Silberdrähten
entgegen der Flussrichtung der Elektronen verläuft. Das anschauliche Bild vom Im-
pulsübertrag der Elektronen auf die Atomrümpfe kann für die einkristallinen Silber-
drähte nicht angewendet werden. In theoretischen Arbeiten [109,113] wurde gefun-
den, dass geringe Mengen von Fremdatomen die Elektromigrationsrichtung umkehren
können. Daher wird im folgenden der Anteil von Fremdatomen in den einkristallinen
Silberdrähten untersucht.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde für die Kontaktierung der Drähte durchgängig poly-
kristallines Gold verwendet. Um zu bestimmen, ob und wie viel Gold sich nach der Elek-
tromigration in einem Silberdraht befindet, wurden EDX-Untersuchungen an verschie-
denen Positionen einer Leiterbahn mit zusätzlichen Spannungsabgriffen durchgeführt.
Bei der Interpretation der Messdaten ist eine gewisse Vorsicht geboten, da bei EDX-
Untersuchungen an Schichten im Nanometerbereich allgemein das Problem besteht, dass
ein wesentlicher Teil des Signals vom Untergrund hervorgerufen wird.
Abb. 6.3 zeigt die EDX-Messfenster (weiß umrandet) innerhalb der die Konzentration
von Silber, Gold, Sauerstoff und Silizium bestimmt wurde. Alle EDX-Untersuchungen
wurden mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV bei senkrechtem Einfall des Elek-
tronenstrahls durchgeführt. Die Messfenster befinden sich dabei zwischen der Leiterbahn