Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

62 5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen
5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Elektromigrationsuntersuchungen an poly-
kristallinen Goldleiterbahnen behandelt. Zunächst wird in Kap. 5.1 das Elektromigra-
tionsverhalten von Leiterbahnen unter Gleichstrombedingungen eingehend besprochen.
Hierin eingeschlossen ist eine Detailbetrachtung des Verhaltens an der Durchbruchposi-
tion sowie Messungen bei tiefen Temperaturen und an Leiterbahnen mit vorgegebenen
Engstellen. Die Beobachtung des Kornwachstums sowie der Einfluss von (Kohlenstoff-)
Verunreinigungen während der Elektromigrationsmessungen wird in Kap. 5.2 disku-
tiert. Das Elektromigrationsverhalten der Leiterbahnen bei wechselnder Polarität wird
in Kap. 5.3 behandelt. Vor der abschließenden Diskussion wird in Kap. 5.4 schließlich
die Einführung einer alternativen Blech-Länge diskutiert.
5.1 Elektromigration in polykristallinen Goldleiterbahnen
Der wesentliche Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit ist die hochauflösen-
de in-situ Beobachtung von Elektromigrationseffekten an polykristallinen Goldleiter-
bahnen. Ein Hauptaspekt ist dabei die Verknüpfung der morphologischen Änderungen
mit den Widerstandsdaten. Weiterhin sollten verschiedene Einflussgrößen wie die Po-
renfläche, die Umgebungstemperatur sowie vorgegebene Engstellen der Leiterbahnen
untersucht werden. Dies wird im folgenden behandelt.
5.1.1 Morphologische Änderungen
Abb. 5.1 zeigt die zeitliche Entwicklung der Morphologie einer Goldleiterbahn mit einer
Korngröße von 27 nm. Die Leiterbahn wurde mit einer 2-Punkt Spannung von 1, 5 V
belastet; die Stromstärke zu Beginn des Experiments betrug ca. 40 mA. In Verbindung
mit der Schichtdicke von t = 36 nm ergibt sich so eine Stromdichte von j ≃ 1, 2 ·
10 8 A/cm 2 .
Im Verlauf von 12 Stunden erkennt man eine Zunahme der Elektromigrationsschädi-
gung (dunkler Kontrast) über die gesamte Länge der Leiterbahn. Der Schwerpunkt der
Schädigung mit der so genannten kritischen Pore 13 befindet sich in der Mitte der Lei-
terbahn. Tendenziell bilden sich mehr Poren an der Kathodenseite. Sowohl im rechten
(Kathode) als auch im linken (Anode) Bereich der Leiterbahn erkennt man neben den
13 Als kritisch wird die Pore bezeichnet, welche zum Ausfall einer Leiterbahn führt. Die Feststellung,
dass es sich um eine kritische Pore handelt, lässt sich erst nach Durchführung des Experimentes mit
Sicherheit treffen.