Co to jest metal barierowy?

Metal barierowy to cienka warstwa metalu, zarówno w postaci poszycia, jak i filmu, umieszczana między dwoma przedmiotami, aby zapobiec zanieczyszczeniu miękkich metali przez inne przedmioty. Na przykład elementy miedziane i mosiężne w nowoczesnych układach scalonych i obwodach zawsze zawierają cienką warstwę metalowego poszycia wokół nich, aby uniknąć uszkodzenia samych krystalicznych półprzewodników. Czasami metale barierowe są wykonane z materiałów ceramicznych, takich jak azotek wolframu, a nie z metali rzeczywistych, ale nadal są uważane za metale barierowe.

Metale barierowe wymagają określonych właściwości fizycznych, aby były przydatne w przemyśle półprzewodników. Oczywiście metal barierowy musi być wystarczająco obojętny, aby uniknąć zanieczyszczenia samych otaczających materiałów; jednak wytwarzanie półprzewodników opiera się na przepływie energii elektrycznej w całym urządzeniu. Jako taki, metal barierowy musi być wystarczająco przewodzący, aby uniknąć zatrzymania przepływu elektrycznego.

Bardzo niewiele metali spełnia oba te kryteria, co oznacza, że ​​tylko niewielka garść materiałów działa jako metal barierowy w półprzewodnikach. Azotek tytanu jest metalem barierowym najczęściej występującym w półprzewodnikach. Stosuje się również chrom, tantal, azotek tantalu i azotek wolframu.

Przewodność i twardość to nie jedyne dwie właściwości brane pod uwagę w przypadku metalu barierowego; grubość metalu barierowego również odgrywa kluczową rolę w jego skuteczności. Metale miękkie, takie jak miedź, mogą penetrować zbyt cienką barierę. Każdy miękki metal, który przebije cienką barierę, może zanieczyścić wrażliwy obiekt po drugiej stronie. Z drugiej strony zbyt gruba powłoka metalowa znacząco wpływa na przepływ prądu w obwodzie. Inżynierowie zajmujący się półprzewodnikami spędzają dużo czasu na testowaniu laboratoriów, próbując uzyskać równowagę.

Jednak nie wszystkie metale barierowe chronią krystaliczne półprzewodniki. Metale miękkie równie łatwo uszkadzają twardsze powierzchnie metalowe, a zanieczyszczenie może spowodować awarię produktu w urządzeniach zaawansowanych technologicznie. Cienka warstwa metalu obojętnego zapobiegająca kontaktowi dwóch innych metali jest znana jako bariera dyfuzyjna. Bariery dyfuzyjne często znajdują się między warstwami metali płytowych i chronią elementy metalowe przed lutowaniem.

Metale użyte do bariery dyfuzyjnej nie zawsze są tymi samymi metalami, które służą do ochrony półprzewodników, chociaż urządzenia, które opierają się na przepływie elektryczności między ich metalowymi elementami, mogą wykorzystywać te same metale barierowe jak urządzenia półprzewodnikowe. Ogólnie rzecz biorąc, bariery dyfuzyjne z płyt metalowych wymagają takich samych właściwości bezwładności jak bariery półprzewodnikowe, ale muszą też być w stanie przylegać do różnych metali po obu stronach. Złoto, nikiel i aluminium to trzy popularne metale stosowane w barierach dyfuzyjnych.