Elektromigration in Gold und Silber Nanostrukturen

Inhaltsverzeichnis iii
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
1.1 Industrielle Bedeutung und Literaturübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Ziele der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2. Grundlagen 11
2.1 Kräfte bei der Elektromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Einfluss der Leerstellen auf den Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Fremdatome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4 Diffusionspfade und Flussdivergenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 Blech-Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6 Black-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.7 Reversible Elektromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.8 Anwendungen der Elektromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3. Experimentelles 30
3.1 Elektronenstrahllithographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Widerstandsmessungen und in-situ REM-Untersuchungen . . . . . . . . . . . . 32
3.2.1 Kontaktierung der Leiterbahnen und Bestimmung des Widerstandes . . 32
3.2.2 In-situ Beobachtung der morphologischen Änderungen . . . . . . . . . . 36
3.3 Zusätzliche Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4 Einkristalline Silberdrähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.1 Herstellung der Silberdrähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.2 Kontaktierung der Silberdrähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4. Ergebnisse und Diskussion: Vorbetrachtungen zu den in-situ Messungen 47
4.1 Einfluss und Bestimmung der Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.1 Bestimmung des linearen Temperaturkoeffizienten . . . . . . . . . . . . 48
4.1.2 Bestimmung der Temperaturerhöhung innerhalb der Leiterbahnen . . . 50
4.1.3 Temperaturerhöhung in Abhängigkeit der Stromstärke . . . . . . . . . . 52
4.2 Einfluss des Elektronenstrahls auf die Elektromigrationsmessungen im REM . . 56
4.2.1 Einfluss des Elektronenstrahls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2.2 Einfluss von Verunreinigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3 Unterschied zwischen eingeprägtem Strom und eingeprägter Spannung . . . . . 60
5. Ergebnisse und Diskussion: Goldleiterbahnen 62
5.1 Elektromigration in polykristallinen Goldleiterbahnen . . . . . . . . . . . . . . 62
5.1.1 Morphologische Änderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.1.2 Darstellung des exemplarischen Widerstandsverhalten . . . . . . . . . . 64
5.1.3 Entwicklung der Porenfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.1.4 Entwicklung der Stromdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.1.5 Detailbetrachtung der kritischen Poren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69