Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
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8 1. E<strong>in</strong>leitung<br />
<strong>Silber</strong> [47–49], <strong>Gold</strong> [50–55] <strong>und</strong> vielen weiteren Metallen [56–61]. Weiterh<strong>in</strong> wurden Un-<br />
tersuchungen an Legierungen wie Permalloy [62] oder an Supraleitern [63] durchgeführt.<br />
Nicht nur die Anzahl der untersuchten Metalle bzw. Legierungen ist beachtlich. Auch<br />
die Anzahl der verwendeten (<strong>in</strong>-situ) Untersuchungsmethoden ist bee<strong>in</strong>druckend. Diese<br />
lassen sich dabei grob <strong>in</strong> zwei Kategorien unterteilen. In der ersten Kategorie beruhen<br />
die Methoden alle<strong>in</strong>e auf der Änderung des elektrischen Widerstandes. Dies macht man<br />
sich hauptsächlich bei beschleunigten Lebensdauertests zu Nutze, bei denen die Position<br />
<strong>und</strong> der Mechanismus des Ausfalls unwesentlich ist. Die zweite Kategorie be<strong>in</strong>haltet Me-<br />
thoden, bei denen neben den elektrischen Messdaten die morphologischen Änderungen<br />
der Leiterbahn abgebildet werden. Hier kann e<strong>in</strong>e Unterscheidung zwischen <strong>in</strong>-situ <strong>und</strong><br />
ex-situ Methoden vollzogen werden.<br />
Da es sich bei der <strong>Elektromigration</strong> um e<strong>in</strong>en statistischen Effekt handelt, wird oft-<br />
mals die mittlere Ausfallzeit e<strong>in</strong>es Ensembles gleicher Leiterbahnen bei erhöhten Strom-<br />
dichten <strong>und</strong>/oder Temperaturen bestimmt [64]. Mittels der empirischen Black-Gleichung<br />
(z. B. [65,66], siehe auch Kap. 2.6) lassen sich die gewonnenen Daten auf die Ausfall-<br />
zeit bei Betriebsbed<strong>in</strong>gungen umrechnen. Auch das elektrische 1/f-Rauschen wird als<br />
Indikator für e<strong>in</strong>e <strong>Elektromigration</strong>sschädigung genutzt 5 [24,67–69].<br />
Für die direkte Bestimmung von <strong>Elektromigration</strong>seffekten wird nach Ausfall der<br />
Leiterbahnen häufig e<strong>in</strong>e ex-situ Analyse durchgeführt. Hierbei werden e<strong>in</strong>zelne Lei-<br />
terbahnen mikroskopisch (mittels Lichtmikroskopie oder elektronenoptischer Verfah-<br />
ren wie Rasterelektronenmikroskopie [REM] <strong>und</strong> Transmissionselektronenmikroskopie<br />
[TEM] sowie Rastersondenverfahren wie Rasterkraftmikroskopie [AFM] <strong>und</strong> Rastertun-<br />
nelmikroskopie [engl.: Scann<strong>in</strong>g Tunnel<strong>in</strong>g Microscopy, STM]) analysiert [43,70]. Da-<br />
bei lässt sich, beispielsweise mit E<strong>in</strong>satz von Markierungen, welche entweder aus ei-<br />
nem <strong>in</strong>erten Material bestehen oder e<strong>in</strong>fach E<strong>in</strong>kerbungen auf dem zu untersuchenden<br />
Werkstück s<strong>in</strong>d [56], direkt die Diffusionsgeschw<strong>in</strong>digkeit <strong>und</strong> damit der Diffusionsko-<br />
effizient bestimmen. E<strong>in</strong> Spezialfall s<strong>in</strong>d dabei ”post-mortem” Analysen bei, denen die<br />
Untersuchung erst nach dem elektrischen Ausfall erfolgt.<br />
Die <strong>in</strong>-situ Beobachtung von <strong>Elektromigration</strong>seffekten erfolgt ebenfalls mit den zu-<br />
vor genannten Untersuchungsmethoden. Der Vorteil liegt <strong>in</strong> der direkten Korrelation<br />
zwischen den elektrischen Messdaten <strong>und</strong> den morphologischen Änderungen (vorrangig<br />
Bildung <strong>und</strong> Annihilation von Poren <strong>und</strong>/oder Hügeln). Neben klassischen Verfahren<br />
wie REM [71–78] <strong>und</strong> TEM [79,80] sowie der Röntgendiffraktometrie [81,82], kommt<br />
auch hier <strong>in</strong> neuerer Zeit den verschiedenen Rastersondenmethoden (AFM [83] <strong>und</strong><br />
STM [84,85]) e<strong>in</strong>e verstärkte Bedeutung zu.<br />
5 Im Englischen als Low Frequency Noise Measurement (LFNM) bezeichnet.