Co to jest bariera dyfuzyjna?

Bariera dyfuzyjna jest zwykle cienką powłoką z materiału stosowanego do zapobiegania dyfuzji. Dyfuzja występuje, gdy cząsteczki przemieszczają się z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu, tak że w obu obszarach występuje taka sama liczba. Dyfuzja zachodzi niezależnie od tego, czy cząsteczki znajdują się w stanie gazowym, ciekłym czy stałym, i może prowadzić do zanieczyszczenia jednego produktu innym.

Bariera dyfuzyjna jest zazwyczaj tylko mikrometrowa i służy do przedłużenia okresu trwałości produktów zawierających metal poprzez spowolnienie ich uszkodzenia w stosunku do innych produktów w pobliżu. Tego rodzaju bariery są stosowane w różnych zastosowaniach komercyjnych, więc skuteczne i niedrogie bariery są bardzo poszukiwane, szczególnie przez przemysł elektroniczny. Chociaż istnieją bariery dyfuzyjne dla tlenu i wodoru, większość barier dyfuzyjnych to metale.

Dobra bariera dyfuzyjna ma właściwości fizyczne i chemiczne, które różnią się w zależności od metalowych elementów użytych do wykonania bariery. Im cieńsza bariera dyfuzyjna i im bardziej jednolita powłoka, tym bardziej skuteczna jest bariera. Metale w barierze muszą nie reagować z otaczającymi ją materiałami, aby nie dyfundowały i nie uszkadzały metali, które bariera ma chronić. Ponadto bariera dyfuzyjna musi być w stanie silnie przylegać do tego, co chroni, aby zapewnić bezpieczną barierę, która całkowicie zapobiegnie dyfuzji przez dowolne cząsteczki.

Różne materiały użyte do wykonania barier dyfuzyjnych mają różne zalety i należy zachować ostrożność, aby zoptymalizować grubość, reaktywność i przyczepność bariery. Metale różnią się reaktywnością i przyczepnością, przy czym niektóre metale zapewniają wysoki stopień braku reaktywności, ale niską przyczepność lub odwrotnie. Niektóre bariery mogą mieć wiele warstw, aby zaspokoić zapotrzebowanie zarówno na niereaktywne, jak i samoprzylepne metale. Alternatywnie, do utworzenia bariery można zastosować kombinację metali, zwanych stopami. Do tworzenia barier dyfuzyjnych użyto wielu metali, w tym aluminium, chromu, niklu, wolframu i manganu.

Bariery dyfuzyjne są powszechnie stosowane w produkcji elektroniki od dziesięcioleci. Służą do zachowania integralności wewnętrznego okablowania miedzianego z otaczającej go izolacji krzemionkowej. Służy to przedłużeniu żywotności urządzenia elektronicznego poprzez zapobieganie awarii obwodu, która miałaby miejsce, gdyby miedź i krzemionka zetknęły się. Do tej pory technologia tworzenia i osadzania barier dyfuzyjnych pozwalała na zwiększenie prędkości elektroniki użytkowej; jednak nowe stopy i techniki osadzania barier są badane do zastosowania w nowej generacji elektronice.