Kas yra barjerinis metalas?

Klijinis metalas yra plonas metalo sluoksnis, padengtas arba plėvele, dedamas tarp dviejų objektų, kad minkštieji metalai neužterštų kitų objektų. Pavyzdžiui, variniai ir žalvario komponentai šiuolaikiniuose lustuose ir grandinėse visada turi ploną metalo sluoksnį, kad nesugadintų pačių kristalinių puslaidininkių. Kartais barjeriniai metalai yra pagaminti iš keramikos, pavyzdžiui, volframo nitrido, o ne iš tikrųjų metalų, tačiau jie vis tiek laikomi barjeriniais metalais.

Užtvariniams metalams reikalingos specifinės fizinės savybės, kad jie būtų naudingi puslaidininkių pramonei. Akivaizdu, kad barjerinis metalas turi būti pakankamai inertiškas, kad nebūtų užterštos pačios aplinkinės medžiagos; tačiau puslaidininkių gamyba grindžiama elektros srautu visame įrenginyje. Taigi barjerinis metalas turi būti pakankamai laidus, kad nesustabdytų elektros srauto.

Labai mažai metalų atitinka abu šiuos kriterijus, o tai reiškia, kad tik nedidelė sauja medžiagų veikia kaip barjerinis metalas puslaidininkiuose. Titano nitridas yra barjerinis metalas, dažniausiai randamas puslaidininkiuose. Taip pat naudojamas chromas, tantalas, tantalo nitridas ir volframo nitridas.

Laidumas ir kietumas nėra vienintelės dvi savybės, į kurias atsižvelgiama naudojant barjerinį metalą; barjero metalo storis taip pat turi lemiamą reikšmę jo efektyvumui. Minkštieji metalai, tokie kaip varis, gali prasiskverbti per per ploną barjerą. Bet koks minkštas metalas, prasiskverbęs per ploną barjerą, gali užteršti pažeidžiamą objektą kitoje pusėje. Kita vertus, per storas metalo dengimas labai paveikia elektros srautą grandinėje. Puslaidininkių inžinieriai daug laiko praleidžia bandymų laboratorijose, bandydami nustatyti tinkamą pusiausvyrą.

Tačiau ne visi barjeriniai metalai apsaugo kristalinius puslaidininkius. Minkštieji metalai taip pat lengvai pažeidžia kietesnius metalinius paviršius ir dėl to užteršimas gali sugesti aukštųjų technologijų įrenginiuose. Plonas inertinio metalo sluoksnis, neleidžiantis kontaktuoti su kitais dviem metalais, yra žinomas kaip difuzijos barjeras. Difuzijos barjerai dažnai randami tarp plokščių metalų sluoksnių ir apsaugo metalinius komponentus nuo litavimo.

Metalai, naudojami difuzijos barjerui, ne visada yra tie patys metalai, naudojami puslaidininkiams apsaugoti, nors prietaisai, kurie priklauso nuo elektros srauto tarp jų metalinių komponentų, gali naudoti tuos pačius barjerinius metalus kaip puslaidininkiniai įtaisai. Apskritai, metalo plokščių difuzijos barjerams reikalingos tokios pačios inertiškos savybės kaip ir puslaidininkiniams barjerams, tačiau jie taip pat turi turėti galimybę prilipti prie skirtingų metalų abiejose jų pusėse. Auksas, nikelis ir aliuminis yra trys įprasti metalai, naudojami difuzijos barjerams.