Qu'est-ce qu'un métal barrière?
Un métal barrière est une couche mince de métal, sous forme de placage ou de film, qui est placée entre deux objets afin d'empêcher les métaux mous de contaminer d'autres objets. Par exemple, les composants en cuivre et en laiton des circuits et des puces modernes comportent toujours une mince couche de métal autour d'eux pour éviter de corrompre les semi-conducteurs cristallins eux-mêmes. Parfois, les métaux barrières sont constitués de céramiques telles que le nitrure de tungstène plutôt que de métaux, mais ils sont toujours considérés comme des métaux barrières.
Les métaux barrières exigent des propriétés physiques spécifiques pour pouvoir être utiles à l'industrie des semi-conducteurs. De toute évidence, le métal barrière doit être suffisamment inerte pour éviter de contaminer les matériaux environnants lui-même; Cependant, la fabrication de semi-conducteurs est construite autour du flux d'électricité à travers le dispositif. En tant que tel, le métal de barrage doit être suffisamment conducteur pour éviter d’arrêter le flux électrique.
Très peu de métaux répondent à ces deux critères, ce qui signifie que seule une petite poignée de matériaux agit comme un métal barrière dans les semi-conducteurs. Le nitrure de titane est le métal barrière le plus couramment trouvé dans les semi-conducteurs. Le chrome, le tantale, le nitrure de tantale et le nitrure de tungstène sont également utilisés.
La conductivité et la dureté ne sont pas les deux seules propriétés prises en compte avec un métal barrière; l'épaisseur du métal barrière joue également un rôle crucial dans son efficacité. Les métaux mous tels que le cuivre peuvent pénétrer dans une barrière trop mince. Tout métal mou qui pénètre dans une mince barrière peut contaminer l’objet vulnérable de l’autre côté. D'autre part, un placage métallique trop épais affecte de manière significative le flux d'électricité dans le circuit. Les ingénieurs en semi-conducteurs passent beaucoup de temps dans des laboratoires d’essai à essayer de trouver l’équilibre parfait.
Cependant, tous les métaux barrières ne protègent pas les semi-conducteurs cristallins. Les métaux mous corrompent aussi facilement les surfaces métalliques plus dures, et cette contamination peut entraîner une défaillance du produit dans les dispositifs de haute technologie. Une mince couche de métal inerte empêchant le contact de deux autres métaux est appelée barrière de diffusion. Les barrières de diffusion se trouvent souvent entre les couches de métaux en plaque et protègent les composants métalliques du brasage.
Les métaux utilisés pour une barrière de diffusion ne sont pas toujours les mêmes que ceux utilisés pour protéger les semi-conducteurs, bien que les dispositifs qui dépendent du flux d'électricité entre leurs composants métalliques puissent utiliser les mêmes métaux de barrière que les dispositifs à semi-conducteurs. En général, les barrières de diffusion en métal des plaques requièrent les mêmes propriétés inertes que les barrières semi-conductrices, mais elles doivent également pouvoir adhérer aux différents métaux de part et d'autre. L'or, le nickel et l'aluminium sont trois métaux communs utilisés pour les barrières de diffusion.