Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

28 2. Grundlagen
Es ist weiterhin bekannt, dass oberhalb einer bestimmten Frequenz des angelegten
Wechselstroms Elektromigrationsschädigungen ausbleiben (siehe [17] und Referenzen
darin). Die Grenzfrequenz hängt dabei sowohl vom Material als auch von der Geome-
trie der Leiterbahnen ab. Der Grund ist, dass die schweren Atomrümpfe dem schnellen
Wechsel der Stromrichtung nicht mehr folgen können. Somit kommt es nicht mehr zu
einer Vorzugsrichtung für die Diffusion der Atome.
Neben den Untersuchungen der Elektromigration bei Wechselstrom (ab einer Fre-
quenz von z. B. 50 Hz) wurden von Hong et al. gezielte Experimente zur Reversibi-
lität der Elektromigration an Aluminiumleiterbahnen im Jahre 1993 bei Umkehrung
des Gleichstroms durchgeführt [143]. Wie in dieser Arbeit beschrieben, wurde für be-
stimmte Poren ein reversibles Verhalten gefunden, wobei die Stromrichtung für jeweils
100 Minuten beibehalten wurde. Das Ausheilen bestehender Poren war dabei nicht auf
eine erhöhte Temperatur der Leiterbahnen zurückzuführen.
2.8 Anwendungen der Elektromigration
Neben den zerstörerischen und damit unerwünschten Effekten der Elektromigration in
Metallisierungen, wird die Elektromigration seit einigen Jahren dazu verwendet, gezielt
Nanostrukturen zu beeinflussen, um z. B. Leitwertquantisierungen zu bestimmen oder
Leitfähigkeitsmessungen an Molekülen durchzuführen.
Derart hergestellte Strukturen bieten gegenüber den oftmals eingesetzten Punktkon-
takten, welche mit Hilfe von mechanischen Bruchkontakten (mechanically controllable
breakjunctions, MCB) [144] präpariert werden, einige Vorteile. So lassen sich viele Struk-
turen gleichzeitig auf einem Substrat präparieren. Diese besitzen weiterhin einen guten
thermischen Kontakt zur Oberfläche. Bei den eingesetzten hohen Stromdichten ist dies
wesentlich, da ansonsten die Gefahr eines Aufschmelzprozesses an der Kontaktposition
besteht. Die Herstellung von Punktkontakten mittels Elektromigration scheint dabei
nicht von der Umgebungstemperatur während der Präparation abzuhängen, wie von
Trouwborst und Mitarbeitern gezeigt wurde [145]. Dabei wurde sowohl bei Tempera-
turen von flüssigem Helium und Stickstoff, als auch bei Zimmertemperatur gearbeitet.
Die Methode, gezielt Elektroden mit Nanometerabstand mittels Elektromigration her-
zustellen ist dabei mittlerweile gut untersucht und ausgereift [146].
Diese gezielt hergestellten Elektroden lassen sich einsetzen, um einzelne Moleküle,
oder aber auch Nanopartikel zwischen den Kontakten zu untersuchen [147]; eine Möglich-
keit die aufgrund der Präparation bei MCB so nicht besteht. Derartig hergestellte Struk-
turen werden weiterhin für magnetische Messungen verwendet. Keane et al. [148] fabri-
zierten erfolgreich Nickel-Nanokontakte für Untersuchungen des anisotropen Magneto-