Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

4. Ergebnisse und Diskussion: Vorbetrachtungen zu
den in-situ Messungen
Bevor die Messungen zur Elektromigration hinsichtlich der morphologischen Änderun-
gen behandelt werden, wird in diesem Kapitel ein Überblick über verschiedene Einfluss-
größen auf die Elektromigration gegeben, die sowohl für die polykristallinen Gold-, als
auch für die einkristallinen Silberdrähte relevant sind. Zunächst wird in Kap. 4.1 der
Einfluss der Temperatur sowie die Temperaturbestimmung innerhalb der Leiterbahnen
betrachtet. In Kap. 4.2 wird der Einfluss des Rasterelektronenmikroskops auf die Mes-
sungen untersucht. Hierzu zählt die Erwärmung, welche über den Energieeintrag des
Elektronenstrahls erfolgt. Weiterhin wird der Einfluss von Kohlenstoffverunreinigun-
gen, welche zwangsläufig bei den in-situ REM-Messungen entstehen, behandelt. Diese
Verunreinigungen besitzen einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der poly-
kristallinen Goldleiterbahnen. Abschließend wird in Kap. 4.3 der Unterschied zwischen
strom- und spannungseingeprägten Messungen beschrieben.
4.1 Einfluss und Bestimmung der Temperatur
Die Temperatur besitzt einen wesentlichen Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten
der Leiterbahnen (siehe Kap. 2.1). Sie geht direkt in die Diffusionskonstante und damit
in die Stärke und Geschwindigkeit der Bewegung der Atome ein. Bis auf die Tieftem-
peraturmessungen (siehe Kap. 5.1.7) wurden sämtliche Elektromigrationsmessungen im
Rahmen dieser Arbeit im vollklimatisierten Reinraum bei einer Temperatur von 21 ◦ C
(und einer relativen Luftfeuchte von 50 %) durchgeführt.
Aufgrund der hohen Stromdichten innerhalb der Leiterbahnen kommt es zu einer
Joul’schen Erwärmung, die bei der Auswertung berücksichtigt werden muss. Da es nicht
möglich war, die Temperaturerhöhung der Strukturen direkt zu messen, wurde sie aus
der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes der Goldleiterbahnen bestimmt. Für die
Temperaturerhöhung einer Leiterbahn gilt dabei folgender Zusammenhang (siehe z. B.
[24]):
dT =
R(T) − R(0)
α · R(0)
Hierin entspricht R(T) dem gemessenen Widerstand und R(0) bezeichnet den Wi-
derstand der Leiterbahn bei Zimmertemperatur. Die Größe α bezeichnet den linearen
Temperaturkoeffizienten des Widerstandes.
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