Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

106 6. Ergebnisse und Diskussion: Silberdrähte
Die Stromdichte innerhalb des Silberdrahtes wurde erneut mit Hilfe einer Kombina-
tion aus AFM- und REM-Aufnahmen bestimmt. Der Silberdraht aus Abb. 6.6 hat eine
trapezförmige Gestalt mit einer Breite von bu = 380 nm an der Kontaktfläche zum Sili-
zium und eine Breite von bo = 150 nm an der Oberseite. Die Höhe des Drahtes betrug
dabei h = 235 nm. Dies führt (bei einem Strom I = 22 mA) zu einer unteren Grenze
der Stromdichte von ca. j = 3, 5 × 10 7 A/cm 2 . Während der Porenbildung steigt diese
Stromdichte lokal an. Im Vergleich zu den Goldleiterbahnen tritt die Elektromigration
bereits bei Stromdichten auf, die ca. um einen Faktor drei geringer sind.
Nicht nur die Kohlenstoffablagerungen, sondern auch die auf dem Draht befindlichen
Kontakte scheinen das Elektromigrationsverhalten der Silberdrähte nicht zu beeinflus-
sen. Da die Diffusion der Silberatome reversibel ist und aufgrund der Aktivierungsener-
gie an der Oberfläche der Drähte stattfinden muss, ist zu vermuten, dass die Atome
unterhalb der zusätzlichen Spannungsabgriffe migrieren.
Der Grund, warum bei dem in Abb. 6.6 gezeigten Experiment keine Hügel beobachtet
wurden, ist wahrscheinlich auf die geringe Ausdehnung der Poren zurückzuführen. Auf-
grund der trapezartigen Form der Silberdrähte ist es schwierig, genauer abzuschätzen,
wie viel Material von einer Pore abgetragen wird. Der im REM zu beobachtende Kon-
trastunterschied genügt nur, um zu erkennen, dass sich eine Pore gebildet hat. Die
genaue Tiefe und damit das Volumen einer Pore ist mit diesem Verfahren nicht feststell-
bar. Daher ist es naheliegend, dass nicht genügend Material zur Ausbildung von Hügeln
bewegt wurde und dementsprechend keine Hügel gebildet werden konnten.
6.6 Abschließende Diskussion: Einkristalline Silberdrähte
Bislang wurden Messungen zur Elektromigration von Silber nur an polykristallinen Lei-
terbahnen durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit konnten erstmalig Messungen zur
Elektromigration in selbstorganisierten, einkristallinen Silberdrähten durchgeführt wer-
den. Bei diesem Materialsystem kommt es zu der Beobachtung, dass sich die Atome ent-
gegen der Richtung der Elektronen bewegen. Dieses Verhalten ist höchst ungewöhnlich,
da allgemein akzeptiert ist, dass in Metallen die Windkraft während der Elektromigra-
tion überwiegt. In der Literatur finden sich dennoch sowohl theoretische Betrachtungen
als auch experimentelle Beobachtungen, die das Auftreten von Porenbildung an der
Anodenseite beschreiben.
Wie die polykristallinen Goldleiterbahnen wurden auch die Silberdrähte mit polykris-
tallinem Gold kontaktiert. Nach theoretischen Betrachtungen von Dekker et al. [109,113]
liegt die Vermutung nahe, dass die Bildung von Poren an der Anodenseite durch gerin-
ge Mengen von Fremdatomen innerhalb des Drahtes hervorgerufen werden kann. Dies