Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

6.3 Einfluss von Fremdatomen 101
1 µm
a b c
Abb. 6.3: Die REM-Aufnahme zeigt einen mit zusätzlichen Spannungsabgriffen kontaktierten
Silberdraht sowie die Position und Größe von drei EDX-Messfenstern (siehe weiße Rechtecke).
und den Spannungsabgriffen (Fenster a) und c)) sowie auf einem der Spannungsabgriffe
(Fenster b)).
Wie zu erwarten ist, wird das EDX-Signal an allen drei Positionen vom Silizium
(mit einem Wert von 70 bis 80 Atomprozent) dominiert. Der Anteil von Silber liegt bei
gemessenen 5 bis 7 Atomprozent. Der Grund für diesen geringen Messwert ist die hohe
Eindringtiefe des Elektronenstrahls bei 20 kV . Sauerstoff ist mit Anteilen von ca. 10 bis
20 Atomprozent an den drei Positionen vorhanden. Dies deutet auf eine Oxidation der
Silberdrähte während der Elektromigrationsexperimente hin. Die Oxidation findet dabei
mit hoher Wahrscheinlichkeit bei dem bislang unvermeidlichen Transport der Drähte
an Außenluft statt. Das Vorhandensein von Sauerstoff bzw. einer Oxidschicht nimmt
möglicherweise Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten der Drähte, wie es in der
abschließenden Diskussion näher betrachtet wird.
Gold wird im wesentlichen nur an der Position des Messfensters b), also dem zusätz-
lichen Spannungsabgriff, nachgewiesen. Die beiden anderen Werte in den Messfenstern
a) und c) liegen innerhalb des Fehlerbereichs und können möglicherweise bereits auf-
grund von Streustrahlung entstehen. Das Hauptergebnis der EDX-Untersuchungen be-
steht darin, dass eine wesentliche Elektromigration von Gold in den Silberdraht nicht
nachgewiesen werden konnte.
Da bei polykristallinen Silberdrähten, die ebenfalls Anteile von Sauerstoff aufweisen,
eine Bewegung der Atome in Richtung des Elektronenflusses beobachtet wird [190], sind
mit hoher Wahrscheinlichkeit die auftretenden Verunreinigungen nicht der Grund für
die Umkehrung der Elektromigrationsrichtung.
Eine mögliche Erklärung für die Wanderung der Atome gegen die Richtung der Elek-
tronen besteht im Überwiegen der direkten Kraft (siehe Z ∗ in Gl. 1) gegenüber der
Windkraft. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise die Porenbildung an der Anode er-
klären. Bei einem Überwiegen der direkten Kraft erfolgt die Bewegung der Atome ent-
gegengesetzt zur Bewegung der Elektronen. In theoretischen Arbeiten wird gezeigt, dass
sich die Windkraft an der Oberfläche abschwächt [193]. Die Stärke der direkten Kraft