O que é um metal de barreira?
Um metal de barreira é uma fina camada de metal, na forma de revestimento ou película, que é colocada entre dois objetos para impedir que metais moles contaminem outros objetos. Por exemplo, os componentes de cobre e latão nos chips e circuitos modernos sempre incluem uma fina camada de revestimento de metal ao seu redor para evitar a corrupção dos próprios semicondutores cristalinos. Às vezes, os metais de barreira são feitos de cerâmica, como nitreto de tungstênio, em vez de metais reais, mas ainda são considerados metais de barreira.
Os metais de barreira requerem propriedades físicas específicas para serem úteis na indústria de semicondutores. Obviamente, o metal barreira precisa ser inerte o suficiente para evitar contaminar os próprios materiais circundantes; no entanto, a fabricação de semicondutores é construída em torno do fluxo de eletricidade em todo o dispositivo. Como tal, o metal barreira precisa ser condutor o suficiente para evitar a interrupção do fluxo elétrico.
Muito poucos metais atendem a ambos os critérios, o que significa que apenas um pequeno punhado de materiais atua como barreira de metal nos semicondutores. O nitreto de titânio é o metal de barreira mais comumente encontrado em semicondutores. Também são usados cromo, tântalo, nitreto de tântalo e nitreto de tungstênio.
Condutividade e dureza não são as únicas duas propriedades levadas em consideração em um metal de barreira; a espessura do metal barreira também desempenha um papel crucial em sua eficácia. Metais macios como o cobre podem penetrar em uma barreira muito fina. Qualquer metal macio que penetre uma barreira fina pode contaminar o objeto vulnerável do outro lado. Por outro lado, o revestimento metálico muito grosso afeta significativamente o fluxo de eletricidade no circuito. Os engenheiros de semicondutores passam muito tempo em laboratórios de testes tentando obter o equilíbrio certo.
Nem todos os metais de barreira protegem semicondutores cristalinos, no entanto. Os metais macios corrompem superfícies metálicas mais duras com a mesma facilidade e essa contaminação pode resultar em falha do produto em dispositivos de alta tecnologia. Uma fina camada de metal inerte que impede o contato de dois outros metais é conhecida como barreira de difusão. Barreiras de difusão são frequentemente encontradas entre camadas de chapas metálicas e protegem os componentes metálicos da solda.
Os metais usados para uma barreira de difusão nem sempre são os mesmos metais usados para proteger os semicondutores, embora os dispositivos que dependem do fluxo de eletricidade entre seus componentes de metal possam usar os mesmos metais de barreira que os dispositivos semicondutores. Em geral, as barreiras de difusão de chapa metálica requerem as mesmas propriedades inertes que as barreiras de semicondutores, mas também precisam ser capazes de aderir aos diferentes metais dos dois lados. Ouro, níquel e alumínio são três metais comuns usados para barreiras de difusão.