Che cos'è una barriera di diffusione?

Una barriera di diffusione è di solito un sottile strato di materiale usato per prevenire la diffusione. La diffusione si verifica quando le molecole si spostano da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione in modo che si verifichi un numero uguale in entrambe le aree. La diffusione avviene indipendentemente dal fatto che le molecole siano allo stato gassoso, liquido o solido e che possa portare alla contaminazione di un prodotto da parte di un altro.

Una barriera di diffusione è di solito sottile solo micrometri e viene utilizzata per migliorare la durata di conservazione dei prodotti contenenti metallo rallentandone la corruzione da altri prodotti nelle vicinanze. Questi tipi di barriere sono utilizzati in una varietà di applicazioni commerciali, pertanto le barriere efficaci ed economiche sono molto ricercate, in particolare dall'industria elettronica. Sebbene esistano barriere di diffusione dell'ossigeno e dell'idrogeno, la maggior parte delle barriere di diffusione sono metalli.

Una buona barriera di diffusione ha proprietà fisiche e chimiche che variano a seconda dei componenti metallici utilizzati per creare la barriera. Più sottile è la barriera di diffusione e più uniforme è il rivestimento, più efficace è la barriera. I metalli nella barriera devono essere non reattivi ai materiali circostanti, quindi non si diffondono e corrompono nei metalli che la barriera dovrebbe proteggere. Inoltre, la barriera di diffusione deve essere in grado di aderire fortemente a ciò che protegge per fornire una barriera sicura che impedirà completamente la diffusione da parte di qualsiasi molecola.

I diversi materiali utilizzati per realizzare le barriere di diffusione offrono diversi vantaggi e occorre prestare attenzione per ottimizzare lo spessore, la reattività e l'aderenza della barriera. I metalli si differenziano per reattività e aderenza, con alcuni metalli che forniscono un alto grado di non reattività ma bassa aderenza, o viceversa. Alcune barriere possono avere più strati per soddisfare la necessità di metalli non reattivi e adesivi. In alternativa, una combinazione di metalli, chiamati leghe, può essere utilizzata per formare la barriera. Numerosi metalli sono stati utilizzati nella creazione di barriere di diffusione, tra cui alluminio, cromo, nichel, tungsteno e manganese.

Le barriere di diffusione sono state comunemente utilizzate nella produzione di elettronica per decenni. Sono utilizzati per preservare l'integrità del cablaggio interno in rame dall'isolamento di silice che lo circonda. Ciò serve a prolungare la durata del dispositivo elettronico prevenendo guasti al circuito che potrebbero verificarsi se il rame e la silice entrassero in contatto. Finora, la tecnologia per creare e depositare barriere di diffusione ha permesso una maggiore velocità dell'elettronica di consumo; tuttavia, si stanno studiando nuove leghe e tecniche di deposizione di barriera per l'uso in nuove generazioni di elettronica.