Kas ir barjermetāls?

Barjermetāliem ir vajadzīgas īpašas fizikālās īpašības, lai tie būtu noderīgi pusvadītāju rūpniecībā. Acīmredzot barjermetālam ir jābūt pietiekami inertam, lai izvairītos no apkārtējo materiālu piesārņošanas; tomēr pusvadītāju izgatavošana ir balstīta uz elektroenerģijas plūsmu visā ierīcē. Tādējādi barjeras metālam ir jābūt pietiekami vadītspējīgam, lai tas izvairītos no elektriskās plūsmas apturēšanas.

Ļoti maz metālu atbilst abiem šiem kritērijiem, kas nozīmē, ka tikai neliela daļa materiālu darbojas kā barjermetāls pusvadītājos. Titāna nitrīds ir barjermetāls, kas visbiežāk sastopams pusvadītājos. Tiek izmantots arī hroms, tantals, tantala nitrīds un volframa nitrīds.

Vadītspēja un cietība nav vienīgās divas īpašības, kas tiek ņemtas vērā ar barjermetālu; barjermetāla biezumam arī ir izšķiroša nozīme tā efektivitātē. Mīkstie metāli, piemēram, varš, var iekļūt pārāk plānā barjerā. Jebkurš mīksts metāls, kas iekļūst plānā barjerā, var piesārņot neaizsargāto priekšmetu otrā pusē. Savukārt pārāk biezs metāla pārklājums būtiski ietekmē elektrības plūsmu ķēdē. Pusvadītāju inženieri pavada daudz laika testēšanas laboratorijās, cenšoties panākt pareizo līdzsvaru.

Tomēr ne visi barjermetāli aizsargā kristāliskos pusvadītājus. Mīkstie metāli tikpat viegli sabojā cietākas metāla virsmas, un šis piesārņojums var izraisīt produkta kļūmi augsto tehnoloģiju ierīcēs. Plāns inerta metāla slānis, kas novērš divu citu metālu saskari, ir pazīstams kā difūzijas barjera. Difūzijas barjeras bieži atrodas starp plākšņu metālu slāņiem, un tās pasargā metāla detaļas no lodēšanas.

Metāli, ko izmanto difūzijas barjerai, ne vienmēr ir tie paši metāli, ko izmanto pusvadītāju aizsardzībai, lai gan ierīces, kas balstās uz elektrības plūsmu starp to metāla sastāvdaļām, var izmantot tos pašus barjermetālus kā pusvadītāju ierīces. Parasti plākšņu metālu difūzijas barjerām ir vajadzīgas tādas pašas inertas īpašības kā pusvadītāju barjerām, taču tām arī jāspēj pielipt pie dažādiem metāliem abās to pusēs. Zelts, niķelis un alumīnijs ir trīs izplatīti metāli, ko izmanto difūzijas barjerām.