Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
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6.5 E<strong>in</strong>fluss von zusätzlichen Spannungsabgriffen sowie von Kohlenstoffablagerungen103<br />
zwischen Teilbild b) <strong>und</strong> c) lag sie bei 26 Sek<strong>und</strong>en. In den nachfolgenden Intervallen<br />
wurde bei etwa 15 Sek<strong>und</strong>en die Polarität gewechselt <strong>und</strong> gegen Ende des Experimentes<br />
wurde die Intervalllänge auf ca. 40 Sek<strong>und</strong>en gesteigert. Die Stromstärke zu Beg<strong>in</strong>n des<br />
Experimentes betrug ca. 6 · 10 7 A/cm 2 bevor es zu den ersten Schädigungen gekommen<br />
ist. Wie zuvor bei den Messungen zum reversiblen <strong>Elektromigration</strong>sverhalten der po-<br />
lykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen (siehe Kap. 5.3) erfolgte der Wechsel der Stromrichtung<br />
<strong>in</strong>stantan.<br />
Der Wechsel der Stromrichtung bei dem <strong>in</strong> Abb. 6.4 gezeigten <strong>Silber</strong>draht führt,<br />
ähnlich wie bei den Experimenten an den polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen, zu e<strong>in</strong>em<br />
reversiblen morphologischen Verhalten. Es lässt sich allerd<strong>in</strong>gs bereits bei den ersten<br />
zweie<strong>in</strong>halb Mess<strong>in</strong>tervallen beobachten, dass die <strong>Elektromigration</strong>sschädigungen auch<br />
bei den e<strong>in</strong>kristall<strong>in</strong>en Drähten nicht vollständig reversibel s<strong>in</strong>d. So bleiben am Ende<br />
e<strong>in</strong>es Intervalls (siehe z. B. Teilbild b) <strong>und</strong> d) <strong>in</strong> Abb. 6.4) deutliche morphologische<br />
Änderungen gegenüber dem Ausgangszustand (Teilbild a)) <strong>in</strong> der Nähe der Kontakte<br />
zurück.<br />
Diese permanenten Änderungen zeigen sich besonders deutlich <strong>in</strong> Teilbild g), welches<br />
kurz vor dem endgültigen Ausfall des Drahtes aufgenommen wurde. In der unmittelbaren<br />
Umgebung der Kontakte bef<strong>in</strong>det sich nahezu ke<strong>in</strong> <strong>Silber</strong> mehr, während man mehr<br />
zur Drahtmitte h<strong>in</strong> die Bildung von Hügeln am helleren Kontrast erkennen kann. Die<br />
Poren <strong>in</strong> der Nähe der Kontakte haben sich im Verlauf des Experiments kont<strong>in</strong>uierlich<br />
vergrößert <strong>und</strong> so zum Ausfall des Drahtes geführt. Dies wird <strong>in</strong> der abschließenden<br />
Diskussion dieses Kapitels näher betrachtet.<br />
6.5 E<strong>in</strong>fluss von zusätzlichen Spannungsabgriffen sowie von<br />
Kohlenstoffablagerungen<br />
Neben der Frage nach der Richtung der <strong>Elektromigration</strong> stellt sich weiterh<strong>in</strong> die Frage,<br />
wo die Diffusion der Atome stattf<strong>in</strong>det. Da es sich bei den <strong>Silber</strong>drähten um e<strong>in</strong> e<strong>in</strong>kris-<br />
tall<strong>in</strong>es System handelt, kann e<strong>in</strong>e Diffusion im Volumen nahezu ausgeschlossen werden.<br />
Für die Diffusion von <strong>Silber</strong> liegt die Aktivierungsenergie für die Volumendiffusion bei<br />
ca. 1, 95 eV <strong>und</strong> für die Korngrenzendiffusion bei ca. 0, 8 − 0, 95 eV . Für die Ober-<br />
flächendiffusion wird e<strong>in</strong> Wert von 0, 3 − 0, 43 eV angegeben [194]. Aufgr<strong>und</strong> fehlender<br />
Korngrenzen ist damit der wahrsche<strong>in</strong>lichste Diffusionsmechanismus die Oberflächen-<br />
diffusion. Diese wird dabei weder von Kohlenstoffablagerungen noch von zusätzlichen<br />
Spannungsabgriffen beh<strong>in</strong>dert, wie im folgenden gezeigt wird.<br />
Wie aus den Untersuchungen an den polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen bekannt ist,<br />
kommt es bei den <strong>in</strong>-situ Experimenten zu Kohlenstoffkontam<strong>in</strong>ationen. Abb. 6.5 zeigt