Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

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108 6. Ergebnisse und Diskussion: Silberdrähte Nanoprobe 18 möglich, bei welchem die Präparation und Elektromigration innerhalb einer Vakuumkammer erfolgt und zur Abbildung keine elektronenoptischen Verfahren sondern Rastersondenverfahren angewendet werden. Die Aussagen der in diesem Kapitel vorgestellten Untersuchungen wurden durch je- weils mehrere Messungen geprüft und bestätigt. Weiterhin decken sich die Resultate einer während dieser Arbeit durchgeführten Diplomarbeit [190] weitestgehend mit den hier vorgestellten Ergebnissen. In der Diplomarbeit wurde der Einfluss des Kontakt- materials sowie der (Rest-) Leitfähigkeit der Substrate näher untersucht. Aufgrund der Individualität der Silberdrähte stehen systematische Untersuchungen hinsichtlich des Einflusses der Stromdichte noch aus. Bei den während dieser Arbeit vorgenommenen Experimenten an den einkristallinen Silberdrähten konnte beobachtet werden, dass sich die Drähte sehr verschieden verhal- ten. Während bei einigen die Elektromigration eindeutig nur in der Nähe der Anode für die Porenbildung bzw. in der Nähe der Kathode für die Hügelbildung sorgt, wurden bei anderen Drähten Elektromigrationseffekte über einen großen Bereich des Drahtes beobachtet. Die Klärung dieser Zusammenhänge bleibt weiterführenden Arbeiten vor- behalten. Abschließend bleibt festzuhalten, dass die hier vorgestellten einkristallinen Silber- drähte ein gutes Modellsystem darstellen, an welchem elementare Untersuchungen zum Elektromigrationsverhalten durchgeführt werden können. Die hier vorliegende Arbeit hat dabei die grundlegenden Effekte aufgezeigt und bietet zukünftigen Arbeiten einen wesentlichen Anhaltspunkt für weiterführende Untersuchungen an diesem interessanten System. 18 Das sogenannte Nanoprobe besteht aus einer Präparationskammer und daran angeschlossen einer Untersuchungskammer, die beide im UHV betrieben werden. Innerhalb der Untersuchungskammer kann eine Probe mit drei Rastertunnelmikroskopen gleichzeitig charakterisiert werden.
7. Zusammenfassung und Ausblick In dieser Arbeit wurde vorrangig die Elektromigration in polykristallinen Goldleiter- bahnen untersucht. Besonderes Augenmerk lag auf der hochauflösenden in-situ Beob- achtung der auftretenden morphologischen Änderungen der Leiterbahnen. Hierzu wurde ein neuer Versuchsstand am bereits vorhandenen Rasterelektronenmikroskop aufgebaut, und dessen Tauglichkeit für die geplanten Untersuchungen getestet. Die Herstellung der polykristallinen Leiterbahnen erfolgte mittels der Elektronenstrahllithographie, wobei die Herstellungsparameter von einer vorangegangenen Diplomarbeit übernommen werden konnten. Während der Elektromigration kommt es in metallischen Leitern üblicherweise zur Bildung von Poren an der Kathodenseite und zur Bildung von Hügeln an der Anoden- seite. Dieses Verhaltenen konnte in der vorliegenden Arbeit bestätigt werden. Als we- sentlicher Diffusionspfad wurden erwartungsgemäß die Korngrenzen identifiziert. Der elektrische Ausfall erfolgt im Endstadium der Elektromigrationsschädigung für die polykristallinen Leiterbahnen über eine schlitzförmige Pore senkrecht zur Stromrichtung. Dies ist aufgrund der Vielzahl an Korngrenzen zunächst etwas überraschend, kann je- doch gut mit einem Widerstandsnetzwerk erklärt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Vielzahl an Parametern untersucht, welche Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten nehmen. Neben Variationen der Breite und Höhe der Leiterbahnen wurden gezielt Leiterbahnen mit Einbuchtungen hergestellt, um so eine höhere Auflösung bei den in-situ Untersuchungen erzielen zu können. Die Korngröße, beziehungsweise das Verhältnis von Korngröße zu Leiterbahnbreite, nimmt Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten. Da sich die Leiterbahnen aufgrund Joul’scher Wärme erhitzen, kommt es gegebenenfalls zu einem Kornwachstum. Durch die vom Mikroskop hervorgerufenen Kohlenstoffverunreinigungen ist es möglich, das Elektromigrationsverhalten unabhängig von einem temperaturbedingten Kornwachstum zu beobachten. Bei in-situ Anlassversuchen konnte gezeigt werden, dass der Kohlenstoff effektiv ein Kornwachstum behindert und so die kristalline Struktur der Leiterbahnen auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleibt. Das Ausfallverhalten hinsichtlich der Morphologie der Schädigungen wird durch den Kohlenstoff nicht verändert. Die gesamte Porenfläche innerhalb einer Leiterbahn nimmt im wesentlichen linear mit der Versuchszeit zu. Hierbei wird eine kolumnare Kornstruktur vorausgesetzt, bei welcher sich die Poren von der Substratoberfläche bis zur Oberseite der Leiterbahn ausdehnen. Dies ist in den polykristallinen Goldleiterbahnen gegeben. Abweichungen vom linearen Verhaltenen des Porenwachstums gibt es gegen Ende der Experimente, wenn die kritischen Poren, welche zum Ausfall der Leiterbahn führen, überproportional 109
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Für meine Eltern Es geht nichts ü
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ii Abstract Electromigration is the
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iv Inhaltsverzeichnis 5.1.6 Weitere
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2 1. Einleitung 1 µm Hügel Poren
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4 1. Einleitung Abb. 1.3: Kupfermet
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6 1. Einleitung Abb. 1.4: Schematis
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8 1. Einleitung Silber [47-49], Gol
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10 1. Einleitung zwischen dem Wider
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12 2. Grundlagen Metallionen über
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14 2. Grundlagen elektrisches Feld
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16 2. Grundlagen Abb. 2.3: Die fün
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18 2. Grundlagen a b + + Hügel Hü
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20 2. Grundlagen halb einer Metalli
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22 2. Grundlagen richtung der Beweg
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24 2. Grundlagen In der Literatur w
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26 2. Grundlagen mittlere Ausfallze
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28 2. Grundlagen Es ist weiterhin b
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30 3. Experimentelles 3. Experiment
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32 3. Experimentelles a Abb. 3.2: T
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34 3. Experimentelles 1 2 3 4 Abb.
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38 3. Experimentelles U - Abb. 3.6:
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40 3. Experimentelles TEM a REM b A
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Seite 120 und 121: 110 7. Zusammenfassung und Ausblick
Seite 122 und 123: 112 A Bestimmung der Porenfläche a
Seite 124 und 125: 114 Literatur Literatur [1] P. S. H
Seite 126 und 127: 116 Literatur [29] H.-U. Schreiber,
Seite 128 und 129: 118 Literatur [56] P. S. Ho, J. Phy
Seite 130 und 131: 120 Literatur [82] G. Schneider, M.
Seite 132 und 133: 122 Literatur [108] H. Landolt, R.
Seite 134 und 135: 124 Literatur [136] T. O. Ogurtani,
Seite 136 und 137: 126 Literatur [163] T. Michely, M.
Seite 138 und 139: 128 Literatur [190] M. Hartmann, Un
Seite 140 und 141: 130 Abbildungsverzeichnis 3.11 Proz
Seite 142 und 143: Danksagung Folgende Personen haben
Seite 144 und 145: Tabellarischer Lebenslauf Name: Bur
Seite 146 und 147: Vorträge / Poster Im folgenden sin
Seite 148: Veröffentlichungen Wesentliche Tei
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