Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

3.4 Einkristalline Silberdrähte 45
tum auf dem Siliziumsubstrat in das REM transferiert 10 . Wie bei einer zwei-Schritt-
EBL wird das Substrat einjustiert, so dass die (physikalische) Position eines Drahtes
gegenüber der Referenzposition der Probe (im allgemeinen ist dies die obere rechte Ecke
des Substrates) bestimmt werden kann. Mit einem Bildausschnitt von typischerweise
100 µm wird nun der Probenteller mit dem Substrat verfahren, bis sich ein geeigneter
Silberdraht in der Mitte des Bildausschnittes befindet. Die Koordinaten dieses Drahtes
(also die Position des Tisches in Bezug auf die Referenzposition) werden notiert und das
Verfahren wiederholt. Pro Substrat werden so typischerweise drei bis vier Silberdrähte
für die weitere Prozessierung ausgesucht.
Abb. 3.11 a) zeigt eine typische REM-Aufnahme eines Silberdrahtes. Man erkennt in
der Mitte der Aufnahme den Draht mit einer Länge von ca. 10 µm sowie viele Silberinseln
in der Umgebung des Drahtes. Anhand der Bilder wird die Position von drei Silberinseln
relativ zu dem Draht bestimmt (siehe Pfeile); diese Silberinseln dienen beim EBL-Schritt
als Marken, anhand derer das Kontaktlayout an den Draht angepasst werden kann. Für
jeden Draht muss ein individuelles Kontaktlayout erstellt werden, welches von der Länge
des Drahtes sowie der Position der Silberinseln abhängt. Gleichzeitig muss die Position
der weiteren ausgewählten Drähte auf dem Substrat berücksichtigt werden. Wie bei einer
”normalen” zwei-Schritt-EBL wird das Substrat anschließend belackt und zur Belichtung
erneut in das REM eingebaut. Die Probe wird einjustiert und die zuvor bestimmten
Koordinaten des Drahtes werden vom Tisch angefahren. Anschließend kann anhand
der Marken das individuell erstellte Layout an die Position des Drahtes angepasst und
die Belichtung vorgenommen werden. Aufgrund der Größe der als Marken dienenden
Silberinseln ergibt sich bei der Positionierung der Kontakte eine Genauigkeit kleiner als
200 nm.
Nach der Belichtung erfolgt die Entwicklung des Lackes und anschließend das Be-
dampfen mit dem gewünschten Kontaktmaterial. Als Kontaktmaterial wurde im Rah-
men dieser Arbeit polykristallines Gold verwendet, welches mittels thermischer Ver-
dampfung auf die Lackmaske aufgedampft wurde. Nach dem Lift-Off erhält man so
einen Silberdraht mit (makroskopischen) elektrischen Kontaktpads, der wie in Kap. 3.2
beschrieben gemessen werden kann. Abb. 3.11 b) zeigt den Silberdraht aus Abb. 3.11
a) nach dem EBL-Prozess. In Abb. 3.11 c) ist eine um 45 ◦ gekippte REM-Aufnahme
dieses Nanodrahtes zu sehen. Man erkennt deutlich, dass das Silber vollständig von den
Goldkontakten bedeckt ist. Weiterhin lässt sich die typische dreieckige Form des Sil-
berdrahtes erkennen. Die Dimensionen der Silberdrähte müssen anschließend für jeden
10 Ein wesentlicher Nachteil bei dieser Methode ist die Überführung der Drähte an Luft, da es zur
Oxidation des Silbers kommen kann. So hat sich herausgestellt, dass die Prozessierung sowie die Elektromigrationsmessung
nach Möglichkeit innerhalb einer Woche durchgeführt werden sollten, da es
ansonsten in einigen Fällen zu deutlichen Degradationserscheinungen der Drähte kommt.