Hvad er en barriere metal?
Et barrieremetal er et tyndt lag metal, enten i plettering eller filmform, der er placeret mellem to genstande for at forhindre, at bløde metaller kontaminerer andre genstande. F.eks. Inkluderer kobber- og messingkomponenterne i moderne chips og kredsløb altid et tyndt lag af metalplader omkring dem for at undgå at ødelægge de krystallinske halvledere i sig selv. Undertiden er barriere metaller lavet af keramik såsom wolframnitrid snarere end faktiske metaller, men de betragtes stadig som barriere metaller.
Barrieremetaller kræver specifikke fysiske egenskaber for at være nyttige for halvlederindustrien. Naturligvis skal barrieremetallet være inert nok til at undgå at forurene de omgivende materialer; dog er halvlederfabrikation bygget omkring strømmen af elektricitet gennem enheden. Som sådan skal spærremetallet være ledende nok til, at det undgår at stoppe elektrisk strøm.
Meget få metaller opfylder begge disse kriterier, hvilket betyder, at kun en lille håndfuld materialer fungerer som et barriere metal i halvledere. Titannitrid er det barriere metal, der oftest findes i halvledere. Krom, tantal, tantalnitrid og wolframnitrid anvendes også.
Konduktivitet og hårdhed er ikke de eneste to egenskaber, der er taget i betragtning med et barriere metal; tykkelsen af barrieremetallet spiller også en afgørende rolle i dets effektivitet. Bløde metaller såsom kobber kan trænge ind i en for tynd barriere. Ethvert blødt metal, der trænger ind i en tynd barriere, kan forurene den sårbare genstand på den anden side. På den anden side påvirker metalplader, der er for tykke, væsentligt strømmen af strøm i kredsløbet. Halvledende ingeniører bruger en masse tid i testlaboratorier for at forsøge at få balancen helt rigtig.
Ikke alle barrieremetaller beskytter imidlertid krystallinske halvledere. Bløde metaller ødelægger hårdere metaloverflader lige så let, og at forurening kan resultere i produktfejl på højteknologiske enheder. Et tyndt lag inert metal, der forhindrer kontakt med to andre metaller, er kendt som en diffusionsbarriere. Diffusionsbarrierer findes ofte mellem lag af plademetaller og vil afskærme metalliske komponenter mod lodning.
Metaller, der bruges til en diffusionsbarriere, er ikke altid de samme metaller, der bruges til at beskytte halvledere, selvom enheder, der er afhængige af strømmen af elektricitet mellem deres metalkomponenter, muligvis bruger de samme barriere metaller som halvlederenheder. Generelt kræver plademetal diffusionsbarrierer de samme inerte egenskaber som halvlederbarrierer, men de skal også være i stand til at klæbe til de forskellige metaller på hver side af dem. Guld, nikkel og aluminium er tre almindelige metaller, der bruges til diffusionsbarrierer.