Hva er en barrieremetall?

Et barrieremetall er et tynt lag metall, enten i plater eller filmform, som er plassert mellom to gjenstander for å forhindre at myke metaller forurenser andre gjenstander. For eksempel inkluderer kobber- og messingkomponenter i moderne flis og kretsløp alltid et tynt lag metallbelegg rundt dem for å unngå å ødelegge de krystallinske halvlederne selv. Noen ganger er barrieremetaller laget av keramikk som wolframnitrid i stedet for virkelige metaller, men de anses fortsatt som barriere metaller.

Barrieremetaller krever spesifikke fysiske egenskaper for å være nyttige for halvlederindustrien. Naturligvis trenger barrierermetallet å være inert nok til å unngå å forurense selve omgivende materialer; imidlertid er halvlederfremstilling bygget rundt strømmen av strøm gjennom enheten. Som sådan må sperremetallet være ledende nok til at det unngår å stoppe elektrisk strøm.

Svært få metaller oppfyller begge disse kriteriene, noe som betyr at bare en liten håndfull materialer fungerer som et barriere metall i halvledere. Titannitrid er det barriere metall som oftest finnes i halvledere. Krom, tantal, tantalnitrid og wolframnitrid brukes også.

Konduktivitet og hardhet er ikke de eneste to egenskapene som er tatt i betraktning med et barriere metall; tykkelsen på barrieremetallet spiller også en avgjørende rolle i dens effektivitet. Myke metaller som kobber kan trenge gjennom en barriere som er for tynn. Alt mykt metall som trenger gjennom en tynn barriere kan forurense den sårbare gjenstanden på den andre siden. På den annen side påvirker metallbelegg som er for tykk betydelig strømmen av strøm i kretsen. Halvlederingeniører bruker mye tid på å teste laboratorier for å prøve å få balansen helt riktig.

Ikke alle barrieremetaller beskytter imidlertid krystallinske halvledere. Myke metaller ødelegger hardere metalloverflater like enkelt, og at forurensning kan føre til produktfeil på høyteknologiske enheter. Et tynt lag inert metall som forhindrer kontakt med to andre metaller er kjent som en diffusjonsbarriere. Diffusjonsbarrierer blir ofte funnet mellom lag av platemetaller og vil beskytte metalliske komponenter fra lodding.

Metallene som brukes til en diffusjonsbarriere er ikke alltid de samme metaller som brukes for å beskytte halvledere, selv om enheter som er avhengige av strømmen mellom elektriske metallkomponenter, kan bruke de samme barrieremetallene som halvlederenheter. Generelt krever platediffusjonsbarrierer de samme inerte egenskapene som halvlederbarrierer, men de må også være i stand til å feste seg til de forskjellige metallene på hver side av dem. Gull, nikkel og aluminium er tre vanlige metaller som brukes til diffusjonsbarrierer.