Hva er en diffusjonsbarriere?
En diffusjonsbarriere er vanligvis et tynt belegg av materiale som brukes for å forhindre diffusjon. Diffusjon oppstår når molekyler beveger seg fra et område med høy konsentrasjon til et område med lav konsentrasjon, slik at et like stort antall forekommer i begge områdene. Diffusjon skjer enten molekylene er i en gass, flytende eller fast tilstand, og kan føre til forurensning av ett produkt av et annet.
En diffusjonsbarriere er vanligvis bare mikrometer tynn, og brukes til å øke holdbarheten for metallholdige produkter ved å bremse korrupsjonen fra andre produkter i nærheten. Disse typer barrierer brukes i en rekke kommersielle anvendelser, så effektive og billige barrierer er svært ettertraktede, spesielt av elektronikkindustrien. Selv om diffusjonsbarrierer for oksygen og hydrogengass eksisterer, er majoriteten av diffusjonsbarrierer metaller.
En god diffusjonsbarriere har fysiske og kjemiske egenskaper som varierer avhengig av metallkomponenter som brukes til å lage barrieren. Jo tynnere diffusjonsbarriere, og jo mer jevn belegg, desto mer effektiv er barrieren. Metallene i barrieren må være ikke-reaktive på materialene rundt den, slik at de ikke diffunderer i og ødelegger metallene som barrieren er ment å beskytte. Videre må diffusjonsbarrieren kunne feste seg sterkt til det den beskytter for å tilveiebringe en sikker barriere som fullstendig forhindrer diffusjon av eventuelle molekyler.
De forskjellige materialene som brukes til å lage diffusjonsbarrierer gir forskjellige fordeler, og det må tas hensyn til å optimalisere tykkelsen, reaktiviteten og feste av barrieren. Metaller har forskjellig reaktivitet og vedheft, med noen metaller som gir en høy grad av ikke-reaktivitet, men lav vedheft, eller omvendt. Noen barrierer kan ha flere lag for å imøtekomme behovet for både ikke-reaktive og selvklebende metaller. Alternativt kan en kombinasjon av metaller, kalt legeringer, brukes til å danne barrieren. En rekke metaller har blitt brukt i dannelsen av diffusjonsbarrierer, inkludert aluminium, krom, nikkel, wolfram og mangan.
Diffusjonsbarrierer har ofte blitt brukt i produksjon av elektronikk i flere tiår. De brukes for å bevare integriteten til interne kobberledninger fra kiseldioxidisolasjonen som omgir den. Dette tjener til å forlenge levetiden til den elektroniske enheten ved å forhindre kretsfeil som ville oppstå hvis kobberet og silikaen kom i kontakt. Så langt har teknologien for å lage og deponere diffusjonsbarrierer muliggjort økt hastighet på forbrukerelektronikk; nye legeringer og teknikker for avsetning av barriere blir imidlertid undersøkt for bruk i nye generasjoner elektronikk.