Što je barijerski metal?

Metalna barijera je tanak sloj metala, bilo u obliku prevlake ili filma, koji se postavlja između dva predmeta kako bi se spriječilo da meki metali kontaminiraju druge predmete. Na primjer, bakrene i mjedene komponente u modernim čipovima i sklopovima uvijek uključuju tanak sloj metalne obloge oko sebe kako bi se izbjeglo oštećenje samih kristalnih poluvodiča. Ponekad su barijerni metali izrađeni od keramike kao što je volfram nitrid, a ne od stvarnih metala, ali se još uvijek smatraju metalima barijere.

Barijerni metali zahtijevaju specifična fizička svojstva kako bi bili korisni u industriji poluvodiča. Očito, metal za barijeru mora biti dovoljno inertan da izbjegne kontaminaciju okolnih materijala; međutim, proizvodnja poluvodiča je izgrađena oko protoka električne energije kroz uređaj. Kao takav, metal barijere mora biti dovoljno vodljiv da izbjegne zaustavljanje električnog toka.

Vrlo malo metala ispunjava oba ova kriterija, što znači da samo mali broj materijala djeluje kao metal-zapreka u poluvodičima. Titanijev nitrid je barijerni metal koji se najčešće nalazi u poluvodičima. Također se koriste krom, tantal, tantal nitrid i volfram nitrid.

Vodljivost i tvrdoća nisu jedina dva svojstva koja se uzimaju u obzir kod metala barijere; Debljina metala barijere također igra presudnu ulogu u njegovoj učinkovitosti. Meki metali poput bakra mogu prodrijeti kroz pretanku barijeru. Svaki meki metal koji prodire kroz tanku barijeru mogao bi kontaminirati ranjivi objekt s druge strane. S druge strane, predebela metalna obloga značajno utječe na protok električne energije u strujnom krugu. Inženjeri poluvodiča provode puno vremena u laboratorijima za testiranje pokušavajući postići pravu ravnotežu.

Međutim, ne štite svi metali s barijerom kristalne poluvodiče. Meki metali jednako lako oštećuju tvrđe metalne površine, a ta kontaminacija može rezultirati kvarom proizvoda u uređajima visoke tehnologije. Tanak sloj inertnog metala koji sprječava kontakt dva druga metala poznat je kao difuzijska barijera. Difuzijske barijere se često nalaze između slojeva pločastih metala i štite metalne komponente od lemljenja.

Metali koji se koriste za difuzijsku barijeru nisu uvijek isti metali koji se koriste za zaštitu poluvodiča, iako uređaji koji se oslanjaju na protok električne energije između svojih metalnih komponenti mogu koristiti iste metale barijere kao poluvodički uređaji. Općenito, difuzijske barijere metalnih ploča zahtijevaju ista inertna svojstva kao i poluvodičke barijere, ali također moraju biti u stanju prianjati na različite metale s obje strane. Zlato, nikal i aluminij su tri uobičajena metala koji se koriste za difuzijske barijere.