Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen
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62 5. Ergebnisse <strong>und</strong> Diskussion: <strong>Gold</strong>leiterbahnen<br />
5. Ergebnisse <strong>und</strong> Diskussion: <strong>Gold</strong>leiterbahnen<br />
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der <strong>Elektromigration</strong>suntersuchungen an poly-<br />
kristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen behandelt. Zunächst wird <strong>in</strong> Kap. 5.1 das Elektromigra-<br />
tionsverhalten von Leiterbahnen unter Gleichstrombed<strong>in</strong>gungen e<strong>in</strong>gehend besprochen.<br />
Hier<strong>in</strong> e<strong>in</strong>geschlossen ist e<strong>in</strong>e Detailbetrachtung des Verhaltens an der Durchbruchposi-<br />
tion sowie Messungen bei tiefen Temperaturen <strong>und</strong> an Leiterbahnen mit vorgegebenen<br />
Engstellen. Die Beobachtung des Kornwachstums sowie der E<strong>in</strong>fluss von (Kohlenstoff-)<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen während der <strong>Elektromigration</strong>smessungen wird <strong>in</strong> Kap. 5.2 disku-<br />
tiert. Das <strong>Elektromigration</strong>sverhalten der Leiterbahnen bei wechselnder Polarität wird<br />
<strong>in</strong> Kap. 5.3 behandelt. Vor der abschließenden Diskussion wird <strong>in</strong> Kap. 5.4 schließlich<br />
die E<strong>in</strong>führung e<strong>in</strong>er alternativen Blech-Länge diskutiert.<br />
5.1 <strong>Elektromigration</strong> <strong>in</strong> polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiterbahnen<br />
Der wesentliche Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit ist die hochauflösen-<br />
de <strong>in</strong>-situ Beobachtung von <strong>Elektromigration</strong>seffekten an polykristall<strong>in</strong>en <strong>Gold</strong>leiter-<br />
bahnen. E<strong>in</strong> Hauptaspekt ist dabei die Verknüpfung der morphologischen Änderungen<br />
mit den Widerstandsdaten. Weiterh<strong>in</strong> sollten verschiedene E<strong>in</strong>flussgrößen wie die Po-<br />
renfläche, die Umgebungstemperatur sowie vorgegebene Engstellen der Leiterbahnen<br />
untersucht werden. Dies wird im folgenden behandelt.<br />
5.1.1 Morphologische Änderungen<br />
Abb. 5.1 zeigt die zeitliche Entwicklung der Morphologie e<strong>in</strong>er <strong>Gold</strong>leiterbahn mit e<strong>in</strong>er<br />
Korngröße von 27 nm. Die Leiterbahn wurde mit e<strong>in</strong>er 2-Punkt Spannung von 1, 5 V<br />
belastet; die Stromstärke zu Beg<strong>in</strong>n des Experiments betrug ca. 40 mA. In Verb<strong>in</strong>dung<br />
mit der Schichtdicke von t = 36 nm ergibt sich so e<strong>in</strong>e Stromdichte von j ≃ 1, 2 ·<br />
10 8 A/cm 2 .<br />
Im Verlauf von 12 St<strong>und</strong>en erkennt man e<strong>in</strong>e Zunahme der <strong>Elektromigration</strong>sschädi-<br />
gung (dunkler Kontrast) über die gesamte Länge der Leiterbahn. Der Schwerpunkt der<br />
Schädigung mit der so genannten kritischen Pore 13 bef<strong>in</strong>det sich <strong>in</strong> der Mitte der Lei-<br />
terbahn. Tendenziell bilden sich mehr Poren an der Kathodenseite. Sowohl im rechten<br />
(Kathode) als auch im l<strong>in</strong>ken (Anode) Bereich der Leiterbahn erkennt man neben den<br />
13 Als kritisch wird die Pore bezeichnet, welche zum Ausfall e<strong>in</strong>er Leiterbahn führt. Die Feststellung,<br />
dass es sich um e<strong>in</strong>e kritische Pore handelt, lässt sich erst nach Durchführung des Experimentes mit<br />
Sicherheit treffen.