Что такое диффузионный барьер?

Диффузионный барьер обычно представляет собой тонкое покрытие из материала, используемого для предотвращения диффузии. Диффузия происходит, когда молекулы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, так что в обеих областях происходит одинаковое количество. Диффузия происходит независимо от того, находятся ли молекулы в газообразном, жидком или твердом состоянии, и может привести к загрязнению одного продукта другим.

Диффузионный барьер обычно имеет толщину всего в микрометры и используется для увеличения срока годности металлосодержащих продуктов за счет замедления их разрушения от других продуктов поблизости. Эти типы барьеров используются в различных коммерческих приложениях, поэтому эффективные и недорогие барьеры пользуются большим спросом, особенно в электронной промышленности. Хотя существуют барьеры диффузии кислорода и водорода, большинство барьеров диффузии представляют собой металлы.

Хороший диффузионный барьер имеет физические и химические свойства, которые варьируются в зависимости от металлических компонентов, используемых для создания барьера. Чем тоньше диффузионный барьер и чем однороднее покрытие, тем эффективнее барьер. Металлы в барьере не должны реагировать на материалы вокруг него, чтобы они не диффундировали и не повреждали металлы, которые барьер должен защищать. Кроме того, диффузионный барьер должен быть в состоянии строго придерживаться того, что он защищает, чтобы обеспечить безопасный барьер, который полностью предотвратит диффузию любых молекул.

Различные материалы, используемые для создания диффузионных барьеров, дают разные преимущества, и необходимо позаботиться об оптимизации толщины, реакционной способности и адгезии барьера. Металлы отличаются по своей реакционной способности и адгезии, при этом некоторые металлы обеспечивают высокую степень нереакционноспособности, но низкую адгезию или наоборот. Некоторые барьеры могут иметь несколько слоев, чтобы удовлетворить потребность как в нереакционноспособных, так и в адгезивных металлах. Альтернативно, комбинация металлов, называемых сплавами, может использоваться для формирования барьера. Ряд металлов был использован при создании диффузионных барьеров, в том числе алюминий, хром, никель, вольфрам и марганец.

Диффузионные барьеры широко используются в производстве электроники на протяжении десятилетий. Они используются для сохранения целостности внутренней медной проводки от кварцевой изоляции, которая ее окружает. Это служит для продления срока службы электронного устройства путем предотвращения сбоя цепи, который может произойти, если медь и кремнезем вступят в контакт. До настоящего времени технология создания и размещения диффузионных барьеров позволила увеличить скорость работы бытовой электроники; Тем не менее, новые сплавы и методы барьерного осаждения исследуются для использования в новых поколениях электроники.