Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

64 5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen
zahlreichen Poren auch die Bildung von einigen Hügeln (siehe weiße Pfeile). Die REM-
Aufnahmen in Abb. 5.1 b) - h) zeigen dabei Einzelbilder aus einem in-situ erstellten
AVI-Film.
Betrachtet man die zeitliche Entwicklung der Leiterbahn, ist zu erkennen, dass es
innerhalb der ersten zwei Stunden nur zu wenigen morphologischen Änderungen in der
Leiterbahn gekommen ist. Die Poren- und Hügelbildung erfolgte verteilt über die ge-
samte Leiterbahn, wobei eine Tendenz zu verstärkter morphologischer Änderung an der
Kathodenseite feststellbar ist. Einzelne Poren oder Hügel verändern ihre Größe oder
Form nach einer anfänglichen Bildungsphase nicht mehr; andere Poren (wie die kriti-
sche Pore, siehe schwarzen Pfeil) oder Hügel (siehe z. B. die weißen Pfeile) sind laufenden
Veränderungen unterworfen. Wie im zugehörigen Film zu sehen ist, findet die Entwick-
lung der Poren und Hügel simultan statt, wobei sich die Poren an der Kathodenseite
bilden. Die Bewegung der Atome erfolgt also von der Kathodenseite in Richtung zur
Anodenseite; dies zeigt, dass erwartungsgemäß die Windkraft in den polykristallinen
Goldleiterbahnen überwiegt.
Bezogen auf die Gesamtdauer des Experimentes erfolgt der Ausfall der Leiterbahn
innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne von weniger als einer Minute. Man erkennt in
Abb. 5.1 (siehe schwarzer Pfeil) eine schlitzförmige Pore, welche sich quer zur Strom-
richtung gebildet hat. Dies ist, wie auch in den folgenden Kapiteln dargestellt wird, eine
typische Erscheinung im Ausfallverhalten der Goldleiterbahnen. Der Ausfall der Leiter-
bahn erfolgte durch diese kritische Pore, welche sich nach zwei Stunden gebildet hat.
Dies gibt Gelegenheit, die Entwicklung der Stromdichte an der Position der kritischen
Pore bis zum Durchbruch zu verfolgen (siehe Kap. 5.1.4).
In den folgenden Unterkapiteln wird exemplarisch das Ausfallverhalten dieser Leiter-
bahn untersucht. Dabei wird neben dem Widerstandsverhalten auch die Änderung der
Porenfläche und die Entwicklung der Stromdichte analysiert. Eine genauere Rechnung
zeigt eine verminderte Energiedissipation an der Position der kritischen Poren.
5.1.2 Darstellung des exemplarischen Widerstandsverhalten
Das Widerstandsverhalten der Leiterbahn aus Abb. 5.1 ist in Abb. 5.2 dargestellt. Bei
diesem Experiment ist zu beachten, dass es an drei verschiedenen Tagen durchgeführt
wurde. Unterbrochen wurde das Experiment nach zwei und nach fünf Stunden Gesamt-
dauer. Dies führt beim Einschalten der Spannung jeweils zu einer erneuten Thermali-
sierung der Leiterbahn mit dem Substrat. Auf das morphologische Verhalten hat die
Unterbrechung des Experimentes keinen erkennbaren Einfluss (siehe auch [173]).