Hvad er en diffusionsbarriere?
En diffusionsbarriere er normalt en tynd belægning af materiale, der bruges til at forhindre diffusion. Diffusion opstår, når molekyler bevæger sig fra et område med høj koncentration til et område med lav koncentration, så der forekommer et lige antal i begge områder. Diffusion sker, uanset om molekylerne er i en gas, flydende eller fast tilstand, og kan føre til kontaminering af et produkt af et andet.
En diffusionsbarriere er normalt kun mikrometer tynd og bruges til at forbedre holdbarheden af metalholdige produkter ved at bremse deres korruption fra andre produkter i nærheden. Disse typer barrierer bruges i en række kommercielle anvendelser, så effektive og billige barrierer er meget efterspurgte, især af elektronikindustrien. Selvom der findes diffusionsbarrierer for ilt og brintgas, er størstedelen af diffusionsbarrierer metaller.
En god diffusionsbarriere har fysiske og kemiske egenskaber, der varierer afhængigt af metalkomponenterne, der bruges til at fremstille barrieren. Jo tyndere diffusionsbarrieren er, og jo mere ensartet belægningen er, desto mere effektiv er barrieren. Metallerne i barrieren skal være ikke-reaktive over for materialerne omkring den, så de ikke diffunderer ind i og ødelægger metaller, som barrieren skal beskytte. Endvidere skal diffusionsbarrieren være i stand til stærkt at klæbe til, hvad den beskytter for at tilvejebringe en sikker barriere, der fuldstændigt forhindrer diffusion af eventuelle molekyler.
De forskellige materialer, der bruges til at fremstille diffusionsbarrierer, giver forskellige fordele, og der skal tages omhu for at optimere tykkelsen, reaktiviteten og vedhæftningen af barrieren. Metaller adskiller sig i deres reaktivitet og adhæsion, hvor nogle metaller tilvejebringer en høj grad af ikke-reaktivitet men lav adhæsion eller omvendt. Nogle barrierer kan have flere lag til at imødekomme behovet for både ikke-reaktive og klæbende metaller. Alternativt kan en kombination af metaller, kaldet legeringer, anvendes til at danne barrieren. Et antal metaller er blevet brugt til oprettelse af diffusionsbarrierer, herunder aluminium, krom, nikkel, wolfram og mangan.
Diffusionsbarrierer er ofte blevet brugt til fremstilling af elektronik i årtier. De bruges til at bevare integriteten af interne kobberledninger fra silicaisolering, der omgiver det. Dette tjener til at forlænge levetiden for den elektroniske enhed ved at forhindre kredsløbssvigt, der ville opstå, hvis kobber og silica kom i kontakt. Indtil videre har teknologien til at skabe og deponere diffusionsbarrierer muliggjort øget hastighed på forbrugerelektronik; nye legeringer og teknikker til aflejring af barriere undersøges dog til brug i nye generationer af elektronik.