Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
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30 3. Experimentelles<br />
3. Experimentelles<br />
In diesem Kapitel werden die experimentellen Methoden zur Herstellung <strong>und</strong> Charak-<br />
terisierung der polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen erläutert. Weiterh<strong>in</strong> wird der neu auf-<br />
gebaute Messstand für die <strong>in</strong>-situ Widerstandsmessungen beschrieben. Die Herstellung<br />
sowie die elektrische Kontaktierung der selbstorganisierten, e<strong>in</strong>kristall<strong>in</strong>en <strong>Silber</strong>drähte<br />
schließen dieses Kapitel ab.<br />
3.1 Elektronenstrahllithographie<br />
Die polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen werden mit Hilfe der Elektronenstrahllithographie<br />
(engl. Electron Beam Lithography, EBL) hergestellt. Als Substrat dienen e<strong>in</strong>kristall<strong>in</strong>e<br />
Siliziumstücke mit den Maßen 3, 9 ∗ 3, 9 ∗ 0, 5 mm. Die Substrate s<strong>in</strong>d mit Bor dotiert<br />
<strong>und</strong> besitzen e<strong>in</strong>e Leitfähigkeit von typischerweise 1 µΩcm, um Aufladungseffekte bei der<br />
EBL zu vermeiden. An der Oberfläche bef<strong>in</strong>det sich natürliches Siliziumoxid. Weiterh<strong>in</strong><br />
wurden Siliziumsubstrate mit 50 nm thermisch gewachsenem Oxid zu Vergleichszwecken<br />
verwendet. Das Gr<strong>und</strong>pr<strong>in</strong>zip der EBL wurde bereits <strong>in</strong> [150] beschrieben <strong>und</strong> wird im<br />
Folgenden kurz erläutert.<br />
Abb. 3.1 stellt die e<strong>in</strong>zelnen Prozessschritte der Elektronenstrahllithographie sche-<br />
matisch dar. Der erste Schritt ist die Belackung des gere<strong>in</strong>igten Substrats mit e<strong>in</strong>em<br />
elektronenempf<strong>in</strong>dlichen Lack (Abb. 3.1 a). Dies geschieht, <strong>in</strong>dem das Substrat auf ei-<br />
nem Vakuumschleudertisch fixiert <strong>und</strong> e<strong>in</strong> Tropfen des Lackes mit e<strong>in</strong>er Pipette auf-<br />
br<strong>in</strong>gt. Anschließend rotiert das Substrat mit e<strong>in</strong>er Umdrehungszahl U von typischer-<br />
weise U = 6000 Umdrehungen pro M<strong>in</strong>ute, wodurch sich e<strong>in</strong>e homogene Lackschicht<br />
e<strong>in</strong>er bestimmten Dicke tLack bildet. Verwendet wurden positiv-Lacke 8 (Polymethylme-<br />
thacrylat, PMMA) der Fa. Allresist mit verschiedenen Kettenlängen <strong>und</strong> Empf<strong>in</strong>dlich-<br />
keiten gegenüber der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl. Nachdem der Lack sich<br />
auf dem Substrat bef<strong>in</strong>det, wird er bei e<strong>in</strong>er Temperatur von 150 ◦ C für typischerweise<br />
10 M<strong>in</strong>uten angelassen (Abb. 3.1 b)). Anschließend erfolgt der E<strong>in</strong>bau <strong>in</strong> das Raster-<br />
elektronenmikroskop <strong>und</strong> die Belichtung nach dem gewünschten Layout (Abb. 3.1 c)).<br />
Nach der Belichtung wird die Probe für 2 M<strong>in</strong>uten <strong>in</strong> e<strong>in</strong> Entwicklungsbad (1 Teil Me-<br />
thylisobutylketon, MIBK, auf zwei Teile Isopropanol) gegeben, wodurch die belichteten<br />
Lackbereiche entfernt werden <strong>und</strong> e<strong>in</strong>e Lackmaske entsteht (Abb. 3.1 d)). Nach E<strong>in</strong>-<br />
bau <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e Aufdampfanlage wird das gewünschte Metall auf die Lackmaske mittels<br />
thermischer Verdampfung aufgedampft (Abb. 3.1 e)). Dabei ist darauf zu achten, dass<br />
die Metallschichtdicke maximal ca. 1/3 so groß ist wie die Lackschichtdicke tLack. Zur<br />
8 Bei positiv-Lacken werden die belichteten Positionen des Lackes chemisch entfernt; im Falle e<strong>in</strong>es<br />
negativ-Lackes verbleiben die belichteten Positionen auf dem Substrat.