Che cos'è un metallo barriera?

Un metallo barriera è un sottile strato di metallo, sia in forma di placcatura che di pellicola, che viene posizionato tra due oggetti per impedire ai metalli teneri di contaminare altri oggetti. Ad esempio, i componenti in rame e ottone nei circuiti integrati e nei circuiti moderni includono sempre un sottile strato di metallo che li circonda per evitare di corrompere gli stessi semiconduttori cristallini. A volte, i metalli barriera sono fatti di ceramica come il nitruro di tungsteno piuttosto che i metalli reali, ma sono ancora considerati metalli barriera.

I metalli di barriera richiedono proprietà fisiche specifiche per essere utili all'industria dei semiconduttori. Ovviamente, il metallo barriera deve essere abbastanza inerte per evitare di contaminare i materiali circostanti stessi; tuttavia, la fabbricazione di semiconduttori è costruita attorno al flusso di elettricità in tutto il dispositivo. Pertanto, il metallo barriera deve essere sufficientemente conduttivo da evitare di interrompere il flusso elettrico.

Pochissimi metalli soddisfano entrambi questi criteri, il che significa che solo una manciata di materiali agisce come un metallo barriera nei semiconduttori. Il nitruro di titanio è il metallo barriera che si trova più comunemente nei semiconduttori. Vengono utilizzati anche cromo, tantalio, nitruro di tantalio e nitruro di tungsteno.

Conduttività e durezza non sono le uniche due proprietà prese in considerazione con un metallo barriera; lo spessore del metallo barriera svolge anche un ruolo cruciale nella sua efficacia. I metalli teneri come il rame possono penetrare in una barriera troppo sottile. Qualsiasi metallo morbido che penetri in una sottile barriera potrebbe contaminare l'oggetto vulnerabile dall'altro lato. D'altra parte, la placcatura di metallo che è troppo spessa influenza significativamente il flusso di elettricità nel circuito. Gli ingegneri dei semiconduttori impiegano molto tempo a testare i laboratori nel tentativo di ottenere l'equilibrio giusto.

Tuttavia, non tutti i metalli barriera proteggono i semiconduttori cristallini. I metalli teneri corrompono altrettanto facilmente le superfici metalliche più dure e che la contaminazione può causare guasti al prodotto in dispositivi ad alta tecnologia. Un sottile strato di metallo inerte che impedisce il contatto di altri due metalli è noto come barriera di diffusione. Le barriere di diffusione si trovano spesso tra strati di metalli in lamiera e proteggono i componenti metallici dalla saldatura.

I metalli usati per una barriera di diffusione non sono sempre gli stessi metalli usati per proteggere i semiconduttori, sebbene i dispositivi che si basano sul flusso di elettricità tra i loro componenti metallici potrebbero usare gli stessi metalli di barriera dei dispositivi a semiconduttore. In generale, le barriere di diffusione in metallo piatto richiedono le stesse proprietà inerti delle barriere a semiconduttore, ma devono anche essere in grado di aderire ai diversi metalli su entrambi i lati. Oro, nichel e alluminio sono tre metalli comuni usati per le barriere di diffusione.