Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
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22 2. Gr<strong>und</strong>lagen<br />
richtung der Bewegung sorgt. 3) Für die Bildung von Poren <strong>und</strong>/oder Hügeln müssen<br />
Flussdivergenzen vorhanden se<strong>in</strong>. Alle drei Bed<strong>in</strong>gungen s<strong>in</strong>d bei stromdurchflossenen<br />
metallischen Leitern (im Bereich von Zimmertemperatur <strong>und</strong> darüber) erfüllt.<br />
2.5 Blech-Länge<br />
Für das <strong>Elektromigration</strong>sverhalten von Metallisierungen ist nicht nur die Stromdichte<br />
<strong>und</strong> die Korngrößenverteilung entscheidend, sondern auch die Dimensionen <strong>und</strong> speziell<br />
die Länge der Leiterbahnen. Vermutungen, dass die Leiterbahnlänge e<strong>in</strong>en E<strong>in</strong>fluss auf<br />
das <strong>Elektromigration</strong>sverhalten besitzt, gab es bereits im Jahr 1970 [27]. Es dauerte aber<br />
bis zum Jahre 1976, <strong>in</strong> dem I. Blech herausfand, dass für e<strong>in</strong>e gegebene Leiterbahnlänge<br />
e<strong>in</strong>e kritische Stromdichte existiert, unterhalb derer ke<strong>in</strong>e <strong>Elektromigration</strong> auftritt [28].<br />
Für e<strong>in</strong> typisches Blech-Experiment wird auf e<strong>in</strong>em geeigneten Substrat zunächst e<strong>in</strong>e<br />
Titannitritleiterbahn mit e<strong>in</strong>er vorgegebenen Breite präpariert. Auf diese wird anschlie-<br />
ßend die zu untersuchende Leiterbahn, z. B. aus Alum<strong>in</strong>ium, mit höherer Leitfähigkeit<br />
<strong>und</strong> identischer Breite präpariert. Um nun Alum<strong>in</strong>iumsegmente (kurze, nicht zusam-<br />
menhängende Leiterbahnstücke) unterschiedlicher Länge zu erhalten, wird die Leiter-<br />
bahn beispielsweise mit Hilfe von fokussierten Ionenstrahlen (FIB, Focussed Ion Beam)<br />
unterteilt, wobei der Titannitritstreifen erhalten bleibt. Wird e<strong>in</strong>e elektrische Spannung<br />
angelegt, fließen die Elektronen zunächst durch den Titannitrit-Streifen, um an den Posi-<br />
tionen der Alum<strong>in</strong>iumsegmente aufgr<strong>und</strong> der höheren Leitfähigkeit <strong>in</strong> diese zu wechseln.<br />
Dies ist schematisch <strong>in</strong> Abb. 2.7 a) gezeigt.<br />
Abb. 2.7 b) zeigt das Ergebnis e<strong>in</strong>es typischen Blech-Experiments. In diesem Fall<br />
wurden Alum<strong>in</strong>iumsegmente mit e<strong>in</strong>er Dicke von 800 nm, e<strong>in</strong>er Breite von 10 µm mit<br />
e<strong>in</strong>er Länge zwischen 5 µm <strong>und</strong> 30 µm auf e<strong>in</strong>em Titannitritstreifen präpariert [128].<br />
In der REM-Aufnahme s<strong>in</strong>d die Alum<strong>in</strong>iumsegmente durch den hellen Kontrast erkenn-<br />
bar. (Im Bild diagonal von unten l<strong>in</strong>ks nach oben rechts verlaufend). Die senkrecht zur<br />
Leiterbahn erkennbaren hellen Streifen wurden durch die Präparation mit fokussierten<br />
Ionenstrahlen hervorgerufen.<br />
Im Alum<strong>in</strong>ium kommt es nun, abhängig von der Länge der Segmente, zur Bildung<br />
von Poren an der Kathodenseite (<strong>in</strong> Abb. 2.7 b) unten l<strong>in</strong>ks am jeweiligen Segment) <strong>und</strong><br />
zur Bildung von Hügeln an der Anodenseite (<strong>in</strong> Abb. 2.7 b) oben rechts am jeweiligen<br />
Segment). Man erkennt, dass die <strong>Elektromigration</strong> bei e<strong>in</strong>er gegebenen Stromdichte <strong>in</strong><br />
den längeren Segmenten e<strong>in</strong>e stärkere Schädigung hervorruft. In den kürzeren Segmenten<br />
(<strong>in</strong> Abb. 2.7 b) oben rechts) kommt es h<strong>in</strong>gegen nicht zu e<strong>in</strong>er Schädigung. Damit kann<br />
die kritische Länge direkt mit der Länge des Segments identifiziert werden, welches