Was ist eine Diffusionsbarriere?
Eine Diffusionsbarriere ist normalerweise eine dünne Materialbeschichtung, die zur Verhinderung der Diffusion verwendet wird. Diffusion tritt auf, wenn sich Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen, so dass in beiden Bereichen eine gleiche Anzahl auftritt. Die Diffusion erfolgt unabhängig davon, ob sich die Moleküle in einem gasförmigen, flüssigen oder festen Zustand befinden, und kann zur Kontamination eines Produkts durch ein anderes führen.
Eine Diffusionsbarriere ist normalerweise nur Mikrometer dünn und wird verwendet, um die Haltbarkeit von metallhaltigen Produkten zu verlängern, indem ihre Verfälschung durch andere Produkte in der Nähe verlangsamt wird. Diese Arten von Barrieren werden in einer Vielzahl von kommerziellen Anwendungen verwendet, so dass effektive und kostengünstige Barrieren besonders in der Elektronikindustrie sehr gefragt sind. Obwohl Sauerstoff- und Wasserstoffgas-Diffusionsbarrieren existieren, sind die meisten Diffusionsbarrieren Metalle.
Eine gute Diffusionsbarriere weist physikalische und chemische Eigenschaften auf, die in Abhängigkeit von den zur Herstellung der Barriere verwendeten Metallkomponenten variieren. Je dünner die Diffusionsbarriere und je gleichmäßiger die Beschichtung ist, desto wirksamer ist die Barriere. Die Metalle in der Barriere dürfen nicht mit den umgebenden Materialien reagieren, damit sie nicht in die Metalle diffundieren und diese beschädigen, die die Barriere schützen soll. Darüber hinaus muss die Diffusionsbarriere in der Lage sein, fest an dem zu haften, was sie schützt, um eine sichere Barriere bereitzustellen, die die Diffusion von Molekülen vollständig verhindert.
Die verschiedenen Materialien, aus denen Diffusionsbarrieren hergestellt werden, bieten verschiedene Vorteile. Es muss darauf geachtet werden, die Dicke, die Reaktivität und die Haftung der Barriere zu optimieren. Metalle unterscheiden sich in ihrer Reaktivität und Haftung, wobei einige Metalle einen hohen Grad an Nichtreaktivität, aber eine geringe Haftung aufweisen, oder umgekehrt. Einige Barrieren können mehrere Schichten aufweisen, um dem Bedarf an nicht reaktiven und adhäsiven Metallen gerecht zu werden. Alternativ kann eine Kombination von Metallen, Legierungen genannt, verwendet werden, um die Barriere zu bilden. Bei der Herstellung von Diffusionsbarrieren wurde eine Reihe von Metallen verwendet, darunter Aluminium, Chrom, Nickel, Wolfram und Mangan.
Diffusionsbarrieren werden seit Jahrzehnten häufig in der Elektronikfertigung eingesetzt. Sie werden verwendet, um die Integrität der internen Kupferverkabelung von der Silica-Isolierung, die sie umgibt, zu bewahren. Dies dient dazu, die Lebensdauer des elektronischen Geräts zu verlängern, indem ein Schaltkreisausfall verhindert wird, der auftreten würde, wenn Kupfer und Siliziumdioxid in Kontakt kommen würden. Bisher hat die Technologie zur Erzeugung und Abscheidung von Diffusionsbarrieren die Geschwindigkeit der Unterhaltungselektronik erhöht. Es werden jedoch neue Legierungen und Barrierebeschichtungstechniken für den Einsatz in neuen Elektronikgenerationen untersucht.