Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

6.5 Einfluss von zusätzlichen Spannungsabgriffen sowie von Kohlenstoffablagerungen103
zwischen Teilbild b) und c) lag sie bei 26 Sekunden. In den nachfolgenden Intervallen
wurde bei etwa 15 Sekunden die Polarität gewechselt und gegen Ende des Experimentes
wurde die Intervalllänge auf ca. 40 Sekunden gesteigert. Die Stromstärke zu Beginn des
Experimentes betrug ca. 6 · 10 7 A/cm 2 bevor es zu den ersten Schädigungen gekommen
ist. Wie zuvor bei den Messungen zum reversiblen Elektromigrationsverhalten der po-
lykristallinen Goldleiterbahnen (siehe Kap. 5.3) erfolgte der Wechsel der Stromrichtung
instantan.
Der Wechsel der Stromrichtung bei dem in Abb. 6.4 gezeigten Silberdraht führt,
ähnlich wie bei den Experimenten an den polykristallinen Goldleiterbahnen, zu einem
reversiblen morphologischen Verhalten. Es lässt sich allerdings bereits bei den ersten
zweieinhalb Messintervallen beobachten, dass die Elektromigrationsschädigungen auch
bei den einkristallinen Drähten nicht vollständig reversibel sind. So bleiben am Ende
eines Intervalls (siehe z. B. Teilbild b) und d) in Abb. 6.4) deutliche morphologische
Änderungen gegenüber dem Ausgangszustand (Teilbild a)) in der Nähe der Kontakte
zurück.
Diese permanenten Änderungen zeigen sich besonders deutlich in Teilbild g), welches
kurz vor dem endgültigen Ausfall des Drahtes aufgenommen wurde. In der unmittelbaren
Umgebung der Kontakte befindet sich nahezu kein Silber mehr, während man mehr
zur Drahtmitte hin die Bildung von Hügeln am helleren Kontrast erkennen kann. Die
Poren in der Nähe der Kontakte haben sich im Verlauf des Experiments kontinuierlich
vergrößert und so zum Ausfall des Drahtes geführt. Dies wird in der abschließenden
Diskussion dieses Kapitels näher betrachtet.
6.5 Einfluss von zusätzlichen Spannungsabgriffen sowie von
Kohlenstoffablagerungen
Neben der Frage nach der Richtung der Elektromigration stellt sich weiterhin die Frage,
wo die Diffusion der Atome stattfindet. Da es sich bei den Silberdrähten um ein einkris-
tallines System handelt, kann eine Diffusion im Volumen nahezu ausgeschlossen werden.
Für die Diffusion von Silber liegt die Aktivierungsenergie für die Volumendiffusion bei
ca. 1, 95 eV und für die Korngrenzendiffusion bei ca. 0, 8 − 0, 95 eV . Für die Ober-
flächendiffusion wird ein Wert von 0, 3 − 0, 43 eV angegeben [194]. Aufgrund fehlender
Korngrenzen ist damit der wahrscheinlichste Diffusionsmechanismus die Oberflächen-
diffusion. Diese wird dabei weder von Kohlenstoffablagerungen noch von zusätzlichen
Spannungsabgriffen behindert, wie im folgenden gezeigt wird.
Wie aus den Untersuchungen an den polykristallinen Goldleiterbahnen bekannt ist,
kommt es bei den in-situ Experimenten zu Kohlenstoffkontaminationen. Abb. 6.5 zeigt