Vad är en barriärmetall?
En barriärmetall är ett tunt metallskikt, antingen i pläterings- eller filmform, som placeras mellan två föremål för att förhindra att mjuka metaller förorenar andra föremål. Exempelvis innehåller koppar- och mässingskomponenterna i moderna spån och kretsar alltid ett tunt lager av metallplätering runt dem för att undvika att de kristallina halvledarna själva skadas. Ibland är barriärmetaller tillverkade av keramik som volframnitrid snarare än faktiska metaller, men de betraktas fortfarande som barriärmetaller.
Barriärmetaller kräver specifika fysiska egenskaper för att vara användbara för halvledarindustrin. Uppenbarligen måste barriärmetallen vara tillräckligt inert för att undvika att de omgivande materialen förorenas; emellertid byggs halvledartillverkning kring flödet av elektricitet genom hela enheten. Som sådan måste spärrmetallen vara ledande nog så att den undviker att stoppa det elektriska flödet.
Mycket få metaller uppfyller båda dessa kriterier, vilket innebär att endast en liten handfull material fungerar som en barriärmetall i halvledare. Titannitrid är den barriärmetall som oftast finns i halvledare. Krom, tantal, tantalnitrid och volframnitrid används också.
Konduktivitet och hårdhet är inte de enda två egenskaper som beaktas med en barriärmetall; barriärmetallens tjocklek spelar också en avgörande roll för dess effektivitet. Mjuka metaller som koppar kan tränga in i en för tunn barriär. All mjuk metall som tränger igenom en tunn barriär kan förorena det sårbara föremålet på andra sidan. Å andra sidan påverkar metallpläteringen som är för tjock avsevärt flödet av elektricitet i kretsen. Halvledaringenjörer ägnar mycket tid åt att testa laboratorier för att försöka få balansen rätt.
Inte alla barriärmetaller skyddar dock kristallina halvledare. Mjuka metaller skadar hårdare metallytor lika lätt och att förorening kan resultera i produktfel i högteknologiska enheter. Ett tunt lager inert metall som förhindrar kontakt med två andra metaller är känt som en diffusionsbarriär. Diffusionsbarriärer hittas ofta mellan skikt av plattmetaller och skyddar metallkomponenter från lödning.
Metallerna som används för en diffusionsbarriär är inte alltid samma metaller som används för att skydda halvledare, även om enheter som förlitar sig på flödet av elektricitet mellan deras metallkomponenter kan använda samma barriärmetaller som halvledaranordningar. I allmänhet kräver plåtmetalldiffusionsbarriärer samma inerta egenskaper som halvledarbarriärer, men de måste också kunna fästa vid de olika metallerna på båda sidor av dem. Guld, nickel och aluminium är tre vanliga metaller som används för diffusionsbarriärer.