Kas yra difuzijos barjeras?

Difuzijos barjeras paprastai yra plona medžiagos danga, naudojama difuzijai išvengti. Difuzija įvyksta, kai molekulės juda iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį, todėl abiejose srityse susidaro vienodas skaičius. Difuzija įvyksta neatsižvelgiant į tai, ar molekulės yra dujinės, skystos ar kietos būsenos, ir gali užteršti vieną produktą kitu.

Difuzijos barjeras paprastai yra tik mikrometrų plonumo ir naudojamas siekiant pailginti metalo turinčių gaminių galiojimo laiką, sulėtinant jų pažeidimą nuo kitų netoliese esančių gaminių. Tokio tipo užtvarai naudojami įvairiose komercinėse srityse, todėl veiksmingos ir nebrangios užtvaros yra labai paklausios, ypač elektronikos pramonėje. Nors yra deguonies ir vandenilio dujų difuzijos barjerų, dauguma difuzijos barjerų yra metalai.

Geras difuzijos barjeras turi fizines ir chemines savybes, kurios skiriasi priklausomai nuo metalinių komponentų, naudojamų barjerui gaminti. Kuo plonesnis difuzijos barjeras ir kuo tolygesnė danga, tuo barjeras efektyvesnis. Užtvaroje esantys metalai turi nereaguoti į aplinkines medžiagas, kad jie neišsisklaidytų ir nesugadintų metalų, kuriuos barjeras turėtų apsaugoti. Be to, difuzijos barjeras turi tvirtai prilipti prie to, ką jis apsaugo, kad būtų užtikrintas patikimas barjeras, kuris visiškai užkirs kelią bet kokių molekulių difuzijai.

Skirtingos medžiagos, naudojamos difuzijos barjerams gaminti, turi skirtingus pranašumus, todėl reikia pasirūpinti, kad būtų optimizuotas barjero storis, reaktyvumas ir sukibimas. Metalai skiriasi savo reaktyvumu ir sukibimu, kai kurie metalai pasižymi dideliu nereaktyvumu, bet mažu sukibimu, arba atvirkščiai. Kai kurios užtvaros gali būti kelių sluoksnių, kad atitiktų ir nereaguojančių, ir lipnių metalų poreikį. Arba barjerui suformuoti gali būti naudojamas metalų derinys, vadinamas lydiniais. Kuriant difuzijos barjerus buvo panaudota daugybė metalų, įskaitant aliuminį, chromą, nikelį, volframą ir manganą.

Difuzijos barjerai buvo plačiai naudojami elektronikos gamyboje dešimtmečius. Jie naudojami siekiant išsaugoti vidinių varinių laidų vientisumą nuo juos supančios silicio dioksido izoliacijos. Tai prailgina elektroninio prietaiso eksploatavimo laiką, nes apsaugo nuo grandinės gedimo, kuris atsirastų, jei varis ir silicio dioksidas liestųsi. Iki šiol difuzijos barjerų kūrimo ir nusodinimo technologija leido padidinti plataus vartojimo elektronikos greitį; tačiau tiriami nauji lydiniai ir barjerinio nusodinimo būdai, skirti naudoti naujos kartos elektronikoje.