Diskussion:Elektromigration

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Herleitung von Formeln

Bei den ganzen Formeln fehlt mir noch die Herleitung für

$F_{e}-F_{p}=q\cdot Z^{*}\cdot E$

--Mijobe 23:00, 20. Apr 2004 (CEST)

${\vec {F}}=Q\cdot {\vec {E}}$ ist ohne Herleitung in jedem Standardwerk der Elektrotechnik nachzulesen. Ist auch verlinkt durch Elektrostatik. Das müssen die schreiben. --Paddy 23:34, 20. Apr 2004 (CEST)

Laut des Ohmschen Gesetzes Gott erhalte den Genitiv! :-) --Paddy 23:42, 20. Apr 2004 (CEST)

${\vec {F}}=Q\cdot {\vec {E}}$ ist zwar schön, gibt mir aber nicht an, wie ich von der Differenz auf das Produkt komme. Laut des Dudens wird laut mit Artikel mit Genetiv aber ebenfalls laut Duden ohne Artikel mit Dativ verwendet :) --Mijobe 10:22, 21. Apr 2004 (CEST)

Ja seit der neuen deutschen Rechtschreibreform geht das aber ich halte das für schlechtes Deutsch;-) Ich Teile einfach die beiden Kräfte auf das geht auch aus dem Bild und dem Text hervor. Ich glaube das darf man einfach so ohne große Herleitungen:-) --Paddy 14:19, 21. Apr 2004 (CEST)

Sorry, aber da bin ich immer noch nicht zufrieden mit (wahrscheinlich versteh ich's ja einfach nicht; ich hoffe die Lehrstunde geht dir nicht allzusehr auf den Geist). Soweit ich das verstehe ist $F_{e}=q\cdot E$ das ergibt dann $F_{e}-F_{p}=q\cdot E-F_{p}=q\cdot E\cdot Z^{*}$ wobei ich den Letzten Schritt nicht nachvollziehen kann --Mijobe 14:43, 21. Apr 2004 (CEST)

Jetzt kapier ich erst die Problematik - die Einbezieung des Impulsübertrags durch Stöße der Leitungeselektronen in eine effektive Ladung. Da sollte wirklich noch was dazu geschrieben werden, denn das ist auch für mich nicht unbedingt ersichtlich. -- srb 15:12, 21. Apr 2004 (CEST)

Eigentlich hast Du das schon gut verstanden. Die Ionen werden durch das Feld bewegt nach der allgemeinen Gleichung s.o. und stoßen halt mit anderen Ionen zusammen. Weil das Zusammenstoßen auch berücksichtigt werden muss und sich das Teil nicht wie in der Schulphysik im Vakuum bewegt, packen die Elektrotechniker einfach diesen Faktor Z^* da rein. Ich weiß nicht wie exakt das ist aber es reicht für mich als E-Techniker um die ganze Sache zu modellieren. Das ist etwa so wie die Bauings, die in der Statik einfach nocheinmal einen Faktor 2,5 mit einfügen damit die Brücke nicht zusammenfällt;-) --Paddy 15:15, 21. Apr 2004 (CEST)

Schon verständlich, dass die Begründung für Dich (und wahrscheinlich auch für mich) klar ist - aber aus dem Artikel wird es nicht klar ;-( -- srb 15:19, 21. Apr 2004 (CEST)

warum nicht, wenn ich Z^* einfach als Korrekturfaktor sehen kann, kann ich da prima mit leben :) --Mijobe 15:37, 21. Apr 2004 (CEST)

Wie schreiben wir das? Verweis auf die Allgemeine Gleichung? So lapidar wie ich das oben geschrieben habe kann das nicht in den Text :-( --Paddy 15:27, 21. Apr 2004 (CEST)

Hab mal einen Formulierungsversuch gemacht. -- srb 15:45, 21. Apr 2004 (CEST)

Textkritik

Die Einleitung ist, jedenfalls für die Darstellung in diesem Artikel zu unpräzise. Habe mir erlaubt das Zitat mit Fussnoten zu versehen :
Unter Elektromigration (EM) versteht man die Bewegung (1) von Ionen (2) in einem festen Leiter (3), die durch ein elektrisches Feld verursacht wird.

Wie kann man es auch interpretieren :

1. Bewegung? Was für eine, thermische Schwingung, Rotation, usw.? Hier geht es um Wanderung, wie der Lateiner sofort aus -migration herausliest. Oder Bewegung als "Umzug von A nach B".
2. Ionen sind zum Beispiel Chlorid-Ionen. Die sind hier aber wohl nicht gemeint, obwohl auch sie zu Schäden führen (können). Hier wandern Metallatome eines Leiterbahnmaterials. Oder wenigstens Metallionen.
3. Feste Leiter können neben Metalle auch Salze, Grafit und was weiß ich noch sein.

Der einleitende Satz könnte interpretiert werden als Bewegung von Bromid in Silberchlorid. Überführungszahlen? Was muß man ändern um diesen einleitenden Satz in einem Artikel über Infrarotspektroskopie wiederverwenden zu können?
Wohin gehörts? Handelt es sich um neues Trennverfahren, eine analytische Methode? Der Leser mag sich wundern; dies ist für ICs so wichtig?
An den Anfang gehören einige Sätze, die dieses komplexe Problem vereinfacht, transparent und eingrenzend darstellen, ohne Formeln und ohne Schnick-Schnack.
Mir ist zur Zeit nicht bekannt, ob der Begriff Elektromigration wirklich alles umfasst was sich im festen Leiter unter Einfuss eines elektrischen Feldes bewegt/wandert, oder ob es sich um das spezifische Problem der Wanderung von Leiteratomen im metallischen Leiter handelt. Was beinhaltet der Begriff? Unabhängig von dem was in den Folgeabschnitten beschrieben wurde. Wer kann Auskunft geben?
Bei meinen bisherigen Recherchen (Google) ist mir aufgefallen, es ist kein neues Problem, seit 40 Jahren bastelt man dran. --Thomas 02:50, 21. Apr 2004 (CEST)

zu 1. Durch das Feld verursacht durch den Strom. Hast Du den Artikel nicht gelesen? "Wanderung" oder "Umzug" das machen Menschen aber nicht Ionen.

zu 2. Nicht nur Metalle qualifizieren als fester Leiter. Wie du schon sagtes könnte es auch Graphit oder Polysilizium sein. Dass das sie Ionen aus dem Leiterbahnmaterial sind und nicht von irgenwoher dahergeflogen kommen liegt wohl auf der Hand.

zu 3. Ja. Aber Salze?

Der einleitende Satz könnte interpretiert werden als Bewegung von Bromid in Silberchlorid. Überführungszahlen? Was muß man ändern um diesen einleitenden Satz in einem Artikel über Infrarotspektroskopie wiederverwenden zu können?

Soll ich darauf ernsthaft antworten?

40 Jahre ist jünger als die Erfindung des Feuers oder des Rades. Das ist faktisch noch unsere Generation. --Paddy 15:52, 21. Apr 2004 (CEST)

Wenn die Forschung schon fast 40 Jahre läuft, wäre wirklich ein historischer Abschnitt sinnvoll (s.u.) - dadurch könnte die Problematik "neues Problem" ziemlich gut verdeutlicht werden: Beschreibung der Problematik in 60ern, praktische Bedeutung und Intensivierung der Forschung in den 90ern (?). -- srb 16:04, 21. Apr 2004 (CEST)

Textvorschlag Einleitung

Habe mal als EM-Laie versucht für eine Einleitung das Wesentliche zusammenzufassen. Vielleicht können es ja die Experten einbauen.

Unter Elektromigration (EM) versteht man die Wanderung der Metallatome eines elektrischen Leiters, verursacht durch ein elektrisches Feld. Von diesem Vorgang sind in erster Linie ICs betroffen, da hier hohe Stromdichten und hohe Feldstärken? auftreten. Da nicht alle Atome gleichmäßig wandern bilden sich im Leiter durch Abwanderung Löcher (voids) , und durch Abscheidung Verdickungen (hillocks).

Wanderung? Es sind Ionen und nicht nur in Mettalleitern Tritt dieser Effekt auf! Es iist ein fester elektrischer Leiter. Ich weiß nicht ob da elektrisch explizit rein muss. Lass uns lieber am originaltext rumbasteln;-) Ich sehe mir das noch einmal an und probiere auf Dich einzugehen.--Paddy 16:08, 21. Apr 2004 (CEST)

Dies kann im Falle der Abwanderung zur vollständigen Leitungsunterbrechung führen. Im Fall der Ausscheidung können bei nahe beieinander liegenden Leitern Kurzschlüsse entstehen.
Als bevorzugte Startpunkte haben sich Kleinwinkelkorngrenzen (spitze Ecken der zusammenstossenden Korngrenzflächen des metallischen Leiters) herausgestellt, als bevorzugter Wanderungsweg die Korngrenzen selbst. Zur Verringerung der Elektromigration versucht man ein Gefüge einzustellen, das möglichst wenig Kleinwinkelkorngrenzen und nur wenige im Leiter liegende Korngrenzen aufweist. Idealerweise weist das Gefüge dann die Struktur einer ein- bis zweilagigen "Natursteinsteinmauer" auf, auch Bambusstruktur genannt (siehe Bild). Eine Passivierung der Leiteroberfläche mit Siliziumdioxid verringert die Diffusion über die freiliegenden Korngrenzen.

Scheint dich zu faszinieren ;-) ist aber nicht als Einleitung geeignet, da es ein Spezialgebiet dieses Spezialgebietes ist. Sollte deswegen weiter unten im Text erscheinen. --Paddy 16:08, 21. Apr 2004 (CEST)

Metallische Leiter unter hoher Strombelastung neigen generell zu Elektromigration. Wie bei chemischen Reaktionen zeigt sie ein vom Werkstoff abhängiges exponentielles Temperaturverhalten (15°C höhere? Temperatur verursacht doppelten Effekt). Wie im Abschnitt [Verkleinerung von ICs] dargestellt ergibt sich gerade aus der Miniaturisierung von ICs eine drastische Erhöhung der Arbeitstemperatur und damit auch eine Gefahr der Schädigung durch Elektromigration. Der Trend zu immer höheren Frequenzen läßt den auf das Volumen bezogene Leistungsverbrauch (=Wärmeerzeugung) zusätzlich quadratisch steigen.

zuviele Fakten verdreht;-) --Paddy 16:08, 21. Apr 2004 (CEST)

Schlage zusätzlich einen Abschnitt IC-Verkleinerung vor. Vielleicht einen ganzen Artikel?
Bein Korrekturlesen fiel mir auf, als Einleitung schon wieder zu lang. Na, ja. --Thomas 03:09, 21. Apr 2004 (CEST)

Abschnitt Fakten verdreht. Hallo Paddy, habe meine Aussagen noch einmal zusammengefasst. Schon wieder Mehrfachknoten in meiner Kortex ?

1. Metallische Leiter neigen generell zur Elektromigration
2. EM zeigt ein werkstoffabhängiges exponentielles Temperaturverhalten
3. Verkleinerung von ICs oder höhere Packungsdichte führen (ohne erhöhtem Kühlaufwand) zu einer höheren Arbeitstemperatur. Geklammerter Text ist neu zur Verbesserung der Verständlichkeit.
4. ==> höhere Temperatur bedeutet höhere Schädigungsgefahr durch EM.
   Prägnanter wäre, verkürzt die Lebensdauer.
5. Abwärme wächst quadratisch zur Frequenz.

--Thomas 16:33, 22. Apr 2004 (CEST)

Ich denke, soweit ich die Thematik jetzt verstanden habe, gehst Du zu sehr in Richtung Temperatur - das Hauptproblem sind allerdings die Stromdichten. Die Chip-Temperatur darf sich, auch ohne die Einflüsse der EM zu berücksichtigen, nicht sonderlich erhöhen, um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten - die Temperaturabhängigkeit wird nur in den Stresstests ausgenutzt. Die Stromdichten hingegen steigen fast zwangsläufig durch die weitere Miniaturisierung an und müssen nur wegen der EM begrenzt werden. Gruß -- srb 16:47, 22. Apr 2004 (CEST)

Srbauer genau so. Allerdings kann man gegen die Stromdichten nicht sehr viel machen. Man muß eben das Material ständig verbessern und die damit verbundene Technologie zur Abscheidung. --Paddy 18:15, 22. Apr 2004 (CEST)

Durch entsprechende Dimensionierungen lassen sich die Stromdichten schon begrenzen. Wenn ich den F&M Artikel richtig verstehe, liegt aber gerade in der "richtigen" Dimensionierung von Leiterbahnen (keine Engstellen mit besonders hohen Stromdichten) noch ein großes Problem. -- srb 18:37, 22. Apr 2004 (CEST)

Diffusion und Aktivierungsenergie

Die Aktivierungsenergie gibt doch nur an, ob aus diesem Bereich (Oberfläche, Korngrenze, etc.) Atome angeregt werden und damit wegwandern - die Diffusion hingegen beschreibt doch eigentlich nur die Bewegung der frei beweglichen Ionen? Wenn z.B. ein Ion an einer Korngrenze aktiviert wurde, kann es doch auch durch das Gitter weiterdiffundieren - ohne Rücksicht auf die dortige Aktivierungsenergie. Sehe ich da was falsch? -- srb 03:26, 21. Apr 2004 (CEST)

Ich weiß nicht ob ich Deine Frage so richtig verstanden habe. Ich denke es ist in der Natur der Sache, dass alles was sich in unserem Universum befindet den Weg des geringsten Widerstands wählt. Deswegen wir das Ion sich entlang der Korngrenze bewegen und nicht im Gitter. Dazu muss man auch verstehen das Divergenz ein Maß für Quellen und Senken ist. Wenn "die Divergenz des Ionenflusses von Null verschieden" ist, dann gibt es Quellen und Senken. Die sind maßgeblich für die Richtung des Ionenflusse verantwortlich. Ich hoffe damit ist Dir geholfen? --Paddy 16:42, 21. Apr 2004 (CEST)

Es geht weniger darum, dass ich es verstehe - es geht darum, dass es auch für jemanden verständlich ist, der mit den physikalischen Fakten nicht so vertraut ist ;-) -- srb 16:47, 21. Apr 2004 (CEST)

PS: vollkommen verstehen wird man den Artikel ohne entsprechendes Vorwissen wahrscheinlich nie, aber wir sollten trotzdem versuchen, die Dinge auch für nicht so versierte Leser möglichst verständlich zu halten. -- srb 16:58, 21. Apr 2004 (CEST)

Ich denke, jetzt weiß ich wo mein Denkfehler liegt - ich bring den Begriff Aktivierungsenergie mit den "aktivierten Ionen" in Zusammenhang! Da stellt sich natürlich die Frage: müssen die Ionen nach jedem "Hüpfer" wieder neu aktiviert werden - oder ist die Aktivierungsenergie nur die Energiebarriere für den nächsten "Hüpfer" zur nächsten Leerstelle? -- srb 18:44, 21. Apr 2004 (CEST)

Ich sehe mir das nocheinmal an. Aber in dem Artikel nocheinmal so Sachen wie Divergenz zu erkären? Ich weiß nicht! Man kann in den Artikel nicht alles Grundlagenwissen unterbringen. Das würde den Rahmen sprengen. --Paddy 20:20, 21. Apr 2004 (CEST)

Bild: Bambusstruktur

Nachdem ich angefangen hab, mich etwas in das Thema einzulesen, finde ich das Bild zur Bambusstruktur mit dem Polykristallinen Cluster etwas verwirrend - das Bild dürfte gerade eine für EM besonders anfällige Struktur darstellen! Vielleicht sollte man hier zwei Bilder nehmen - eines mit der anfälligen Bambusähnlichen Struktur und eines mit einer robusten Bambusstruktur.
BTW: die neu eingefügten Bilder sind ja nicht schlecht - aber eine erklärende Bildunterschrift wäre nicht schlecht, auch auf der Bildseite selbst wäre vielleicht eine nähere Beschreibung sinnvoll, was auf dem jeweiligen Bild genau zu sehen ist. Gruß srb 18:46, 21. Apr 2004 (CEST)

Also die Bambusstruktur habe ich frei aus der Literatur abgemalt. Ich finde sie eher sehr optimistisch. Die Beschriftungen der Bilder werde ich mir noch vornehmen. Hätte ich schon längst getan, wenn ich nicht soviele Fragen beantworten müsste ;-) --Paddy 20:14, 21. Apr 2004 (CEST)

Nach dem was ich so gefunden habe (nur beschrieben, ohne Bild), würde bei dem Bild im polykristallinen Bereich an der einen Seite Material abgetragen und an der anderen angelagert. Die Bereiche, in denen das Korn die komplette Breite ausfüllt wirken praktisch als Bremsen, da hier nur die sehr viel schwächere Gitterdiffusion wirkt. Deshalb fand ich die Bezeichnungen "Bambusähnliche Struktur", die dem Bild entsprchen würde, und die Bambusstruktur in der keine größeren polykristallinen Bereiche vorliegen. -- srb 21:38, 21. Apr 2004 (CEST)

Ich bin erstaunt darüber wie gut die Thematik jetzt beherrscht wird ;-) Wie gesagt man versucht das so hinzukriegen, aber solange noch Leiterbahnen im Bereich von 80 μ, 60 μ und 20 μ existieren ist das nicht so einfach. Bei den Leiterbahnen die ich getestet habe gab es keine Bambusstruktur und dennoch waren es sehr neue Leiterbahnen und ein sehr neuer Prozess. Es gibt halt auch Chips, die man aufgrund der verkauften Stückzahl nicht so sehr miniaturisiert wie zum Beispiel Prozessoren für Rechner. Das Bild dort stellt einen sehr hohen, wenn auch nicht den höchsten Stand der Technik dar und ist damit ein guter Kompromiss. --Paddy 11:29, 22. Apr 2004 (CEST)

Ich hatte halt anfangs das Problem, dass ich aus dem Artikel selbst nicht sonderlich schlau wurde - da hab ich halt ein bischen gegoogelt, um konkretere Kritik anbringen zu können ;-) -- srb 14:44, 22. Apr 2004 (CEST)

F&M Artikel

Beim Googlen bin ich auf den Mechatronik F&M Artikel EM Teil1 (pdf), sowie EM Teil2 (pdf) und EM Teil3 (pdf) gestossen. Teil 1 finde ich sehr interessant und enthält m.E. eine gute Übersicht über die praktische Relevanz der EM-Problematik. Ich denke, da können wir uns noch einige Anregungen holen, wie man den Artikel noch abrunden könnte. Teil 2&3 finde ich allerdings weniger relevant, da sie sich mehr mit dem Chip-Design und der konstruktiven Vermeidung von EM beschäftigen. -- srb 16:16, 22. Apr 2004 (CEST)

Hier gibt es auch etwas. http://datenreisen.homeip.net/~paddy/stud-au.pdf --Paddy 16:26, 22. Apr 2004 (CEST)