Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

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).