Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

60 4. Ergebnisse und Diskussion: Vorbetrachtungen zu den in-situ Messungen sind auch bei den durchgeführten ex-situ Experimenten keine Oszillationen beobachtet worden. 4.2.2 Einfluss von Verunreinigungen Es ist lange bekannt (siehe z. B. [170] und Zitate darin), dass es bei elektronenopti- schen Verfahren wie REM und TEM zu Verunreinigungen der Proben mit Kohlenstoff kommen kann. Der Kohlenstoff stammt entweder aus dem Restgas oder von Verunreini- gungen, welche sich auf der Probe befinden. Dabei werden kohlenstoffhaltige Moleküle vom Elektronenstrahl aufgespalten und in Form von amorphem Kohlenstoff auf der Pro- benoberfläche im Auftreffbereich des Elektronenstrahls abgelagert. Dieser unerwünschte Nebeneffekt wird unter anderem für die Präparation von Rastertunnelmikroskopspitzen genutzt. Für die Elektromigrationsmessungen stellen diese Ablagerungen ein Problem dar, denn aufgrund des wachsenden Kohlenstofffilms innerhalb des Messrahmens ver- schlechtert sich die Bildqualität während der Langzeitbeobachtung kontinuierlich. Eine Abschätzung anhand einer um 45 ◦ geneigten Probe, welche mehrere Stunden im REM vom Elektronenstrahl getroffen wurde, ergab eine Schichtdicke von ca. 20 nm Kohlen- stoff. Daher ist es wünschenswert, die Aufnahmezeit bzw. die Messzeit für die in-situ Experimente möglichst gering zu halten. Dass es sich in der Tat um Kohlenstoffablage- rungen handelt, konnte anhand von EDX-Untersuchungen nachgewiesen werden. Neben der verschlechterten Bildqualität kommt es weiterhin zu einer Änderung des Elektromigrations- bzw. des Anlassverhaltens der Proben. So wird durch den Kohlenstoff ein eventuell auftretendes Kornwachstum stark behindert. Dieser Effekt wird im Zusam- menhang mit den morphologischen Änderungen in den Gold-Leiterbahnen ausführlicher in Kap. 5.2.2 behandelt. 4.3 Unterschied zwischen eingeprägtem Strom und einge- prägter Spannung Bei Elektromigrationsmessungen wird eine (nanoskopische) Leiterbahn mit einer hohen Stromdichte belastet. Für die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Leiterbahnen werden typischerweise Stromdichten im Bereich von j ≥ 1·10 8 A/cm 2 verwendet. Dabei gibt es zwei prinzipiell unterschiedliche Methoden zur Durchführung von Elektromigrations- messungen: Entweder wird mit einem eingeprägten Strom gearbeitet, bei welchem das Messgerät die anliegende Spannung bis zu einem vorgegebenen Grenzwert entsprechend dem Widerstand der Leiterbahn anpasst, oder es wird eine Spannung vorgegeben, bei
4.3 Unterschied zwischen eingeprägtem Strom und eingeprägter Spannung 61 welcher sich die Stromstärke entsprechend dem Widerstand der Leiterbahn einstellt. Bei- de Möglichkeiten bieten sowohl Vor- als auch Nachteile, wie im folgenden kurz erläutert werden soll. Bei Messungen mit eingeprägtem Strom besteht der Hauptvorteil darin, eine Strom- dichte (unter Kenntnis der geometrischen Abmessungen der Leiterbahn) fest vorgeben zu können. Hierdurch sind Messungen an verschiedenen Leiterbahnen leichter miteinan- der zu vergleichen. Allerdings gibt es einen gravierenden Nachteil bei dieser Methode: Da die Stromstärke festgelegt ist, kommt es durch die Bildung der Poren zu Engstellen, in denen die Stromdichte stark ansteigt. Dies führt - in der Endphase der Experimente - zu einem (großflächigen) Aufschmelzen der Leiterbahnen. Dabei wird die Morpholo- gie der Durchbruchposition komplett verändert, so dass keine weiteren hochauflösenden REM-Aufnahmen mehr möglich sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher (bis auf wenige Ausnahmen, zum Beispiel zur Bestimmung des Stromdichteexponenten m bzw. bei einigen Experimenten zur reversiblen Elektromigration) nur spannungseingeprägte Messungen durchgeführt. Der Hauptvorteil bei spannungseingeprägten Messungen besteht darin, dass die Stromdichte an der Durchbruchstelle über den sich ändernden Widerstand der Lei- terbahn begrenzt ist. Eine Erhöhung des Widerstandes aufgrund der morphologischen Änderungen innerhalb der Leiterbahn führt, bei konstanter Spannung, zu einer Ernied- rigung der Stromstärke. Die Stromdichte an der Durchbruchstelle ändert sich zwar, diese Änderung ist aber begrenzt (siehe Kap. 5.1.5) und führte in der Endphase der Elektro- migrationsexperimente nur in einigen Fällen zu einem lokalen Aufschmelzen der Leiter- bahn. Bei Experimenten mit eingeprägter Spannung besteht der Nachteil darin, dass die sich einstellende Stromstärke bzw. Stromdichte innerhalb der Leiterbahn nicht exakt im Vorfeld berechnet werden kann. Die Unterschiede kommen aufgrund von geringfügigen Änderungen der spezifischen Leitfähigkeit ρ und/oder des linearen Temperaturkoeffizi- enten α zustande. Zwar kann man anhand der geometrischen Abmessungen sowie dem Widerstand R(0) der Leiterbahn die sich ergebende Stromstärke abschätzen; dieser Wert ist jedoch nicht exakt, da die individuelle Temperatur- und damit Widerstandsänderung aufgrund Joul’scher Wärme von den eben erwähnten Faktoren abhängt (siehe auch Kap. 4.1).
Seite 1:
Elektromigration in Gold und Silber
Seite 5:
Für meine Eltern Es geht nichts ü
Seite 8 und 9:
ii Abstract Electromigration is the
Seite 10 und 11:
iv Inhaltsverzeichnis 5.1.6 Weitere
Seite 12 und 13:
2 1. Einleitung 1 µm Hügel Poren
Seite 14 und 15:
4 1. Einleitung Abb. 1.3: Kupfermet
Seite 16 und 17:
6 1. Einleitung Abb. 1.4: Schematis
Seite 18 und 19:
8 1. Einleitung Silber [47-49], Gol
Seite 20 und 21: 10 1. Einleitung zwischen dem Wider
Seite 22 und 23: 12 2. Grundlagen Metallionen über
Seite 24 und 25: 14 2. Grundlagen elektrisches Feld
Seite 26 und 27: 16 2. Grundlagen Abb. 2.3: Die fün
Seite 28 und 29: 18 2. Grundlagen a b + + Hügel Hü
Seite 30 und 31: 20 2. Grundlagen halb einer Metalli
Seite 32 und 33: 22 2. Grundlagen richtung der Beweg
Seite 34 und 35: 24 2. Grundlagen In der Literatur w
Seite 36 und 37: 26 2. Grundlagen mittlere Ausfallze
Seite 38 und 39: 28 2. Grundlagen Es ist weiterhin b
Seite 40 und 41: 30 3. Experimentelles 3. Experiment
Seite 42 und 43: 32 3. Experimentelles a Abb. 3.2: T
Seite 44 und 45: 34 3. Experimentelles 1 2 3 4 Abb.
Seite 46 und 47: 36 3. Experimentelles h. zwischen d
Seite 48 und 49: 38 3. Experimentelles U - Abb. 3.6:
Seite 50 und 51: 40 3. Experimentelles TEM a REM b A
Seite 52 und 53: 42 3. Experimentelles 10 nm a 25 nm
Seite 54 und 55: 44 3. Experimentelles a b c 390 nm
Seite 56 und 57: 46 3. Experimentelles Draht individ
Seite 58 und 59: 48 4. Ergebnisse und Diskussion: Vo
Seite 72 und 73: 62 5. Ergebnisse und Diskussion: Go
Seite 106 und 107: 96 6. Ergebnisse und Diskussion: Si
Seite 108 und 109: 98 6. Ergebnisse und Diskussion: Si
Seite 110 und 111: 100 6. Ergebnisse und Diskussion: S
Seite 120 und 121:
110 7. Zusammenfassung und Ausblick
Seite 122 und 123:
112 A Bestimmung der Porenfläche a
Seite 124 und 125:
114 Literatur Literatur [1] P. S. H
Seite 126 und 127:
116 Literatur [29] H.-U. Schreiber,
Seite 128 und 129:
118 Literatur [56] P. S. Ho, J. Phy
Seite 130 und 131:
120 Literatur [82] G. Schneider, M.
Seite 132 und 133:
122 Literatur [108] H. Landolt, R.
Seite 134 und 135:
124 Literatur [136] T. O. Ogurtani,
Seite 136 und 137:
126 Literatur [163] T. Michely, M.
Seite 138 und 139:
128 Literatur [190] M. Hartmann, Un
Seite 140 und 141:
130 Abbildungsverzeichnis 3.11 Proz
Seite 142 und 143:
Danksagung Folgende Personen haben
Seite 144 und 145:
Tabellarischer Lebenslauf Name: Bur
Seite 146 und 147:
Vorträge / Poster Im folgenden sin
Seite 148:
Veröffentlichungen Wesentliche Tei
Alle anzeigen

Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?