¿Qué es una barrera de metal?
Un metal de barrera es una capa delgada de metal, ya sea en forma de placa o película, que se coloca entre dos objetos para evitar que los metales blandos contaminen otros objetos. Por ejemplo, los componentes de cobre y latón en los chips y circuitos modernos siempre incluyen una capa delgada de metal a su alrededor para evitar corromper los semiconductores cristalinos. A veces, los metales de barrera están hechos de cerámica como el nitruro de tungsteno en lugar de metales reales, pero aún se consideran metales de barrera.
Los metales de barrera requieren propiedades físicas específicas para ser útiles en la industria de los semiconductores. Obviamente, el metal de barrera debe ser lo suficientemente inerte para evitar contaminar los materiales circundantes; sin embargo, la fabricación de semiconductores se basa en el flujo de electricidad en todo el dispositivo. Como tal, la barrera metálica debe ser lo suficientemente conductiva como para evitar detener el flujo eléctrico.
Muy pocos metales cumplen ambos criterios, lo que significa que solo un pequeño puñado de materiales actúa como barrera metálica en los semiconductores. El nitruro de titanio es el metal de barrera más comúnmente encontrado en los semiconductores. También se utilizan cromo, tantalio, nitruro de tantalio y nitruro de tungsteno.
La conductividad y la dureza no son las dos únicas propiedades que se tienen en cuenta con un metal de barrera; El grosor de la barrera metálica también juega un papel crucial en su efectividad. Los metales blandos como el cobre pueden penetrar una barrera que es demasiado delgada. Cualquier metal blando que penetre en una barrera delgada puede contaminar el objeto vulnerable del otro lado. Por otro lado, el chapado de metal que es demasiado grueso afecta significativamente el flujo de electricidad en el circuito. Los ingenieros de semiconductores pasan mucho tiempo probando laboratorios para lograr el equilibrio correcto.
Sin embargo, no todos los metales de barrera protegen los semiconductores cristalinos. Los metales blandos corrompen las superficies metálicas más duras con la misma facilidad, y esa contaminación puede provocar la falla del producto en dispositivos de alta tecnología. Una capa delgada de metal inerte que impide el contacto de otros dos metales se conoce como barrera de difusión. Las barreras de difusión a menudo se encuentran entre capas de placas de metal y protegerán los componentes metálicos de la soldadura.
Los metales utilizados para una barrera de difusión no siempre son los mismos metales utilizados para proteger los semiconductores, aunque los dispositivos que dependen del flujo de electricidad entre sus componentes metálicos pueden usar los mismos metales de barrera que los dispositivos semiconductores. En general, las barreras de difusión de placas de metal requieren las mismas propiedades inertes que las barreras de semiconductores, pero también deben poder adherirse a los diferentes metales a cada lado de ellas. El oro, el níquel y el aluminio son tres metales comunes utilizados para las barreras de difusión.