Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

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62 5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen 5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Elektromigrationsuntersuchungen an polykristallinen 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 diskutiert. 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.
5.1 Elektromigration in polykristallinen Goldleiterbahnen 63 1 µm a b c d e f g h 2 h 4 h 6 h 8 h 10 h 12 h 12,04 h I + U + Elektronen Abb. 5.1: Beispiel für die zeitliche Entwicklung von Poren und Hügeln während eines Elektromigrationsexperiments. Die Richtung des Elektronenflusses ist von rechts nach links, wie anhand der Kontaktierung oben im Bild zu erkennen ist. Der schwarze Pfeil deutet auf die kritische Pore, die weißen Pfeile auf zwei Hügel hin. U - I -
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Für meine Eltern Es geht nichts ü
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ii Abstract Electromigration is the
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iv Inhaltsverzeichnis 5.1.6 Weitere
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2 1. Einleitung 1 µm Hügel Poren
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4 1. Einleitung Abb. 1.3: Kupfermet
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6 1. Einleitung Abb. 1.4: Schematis
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8 1. Einleitung Silber [47-49], Gol
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10 1. Einleitung zwischen dem Wider
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Seite 24 und 25: 14 2. Grundlagen elektrisches Feld
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112 A Bestimmung der Porenfläche a
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120 Literatur [82] G. Schneider, M.
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126 Literatur [163] T. Michely, M.
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130 Abbildungsverzeichnis 3.11 Proz
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