Una barrera de difusión es una capa delgada (generalmente micrómetros de espesor) de metal que generalmente se coloca entre otros dos metales. Se hace para actuar como una barrera para proteger a cualquiera de los metales de corromper al otro. [1]
La adhesión de un metal de chapado capa a su sustrato requiere un enclavamiento físico, inter difusión del depósito o un enlace químicoentre placa y sustrato para trabajar. El papel de una barrera de difusión es prevenir o retardar la interdifusión de los dos metales superpuestos. Por tanto, para ser eficaz, una buena barrera contra la difusión requiere inercia con respecto a los materiales adyacentes. Para obtener una buena adhesión y una barrera de difusión simultáneamente, la unión entre capas debe provenir de una reacción química de rango limitado en ambos límites. Los materiales que proporcionan una buena adherencia no son necesariamente buenas barreras de difusión y viceversa. En consecuencia, hay casos en los que se deben usar dos o más capas separadas para proporcionar una interfaz adecuada entre sustratos.
Selección
Si bien la elección de la barrera de difusión depende de la función final, la temperatura de funcionamiento prevista y la vida útil son parámetros críticos para seleccionar los materiales de barrera de difusión. Se han evaluado muchas combinaciones de metal de película fina por sus propiedades de barrera de adhesión y difusión.
El aluminio proporciona buena conductividad eléctrica y térmica , adhesión y confiabilidad debido a su reactividad al oxígeno y las propiedades de autopasivación de su óxido.
El cobre también reacciona fácilmente con el oxígeno, pero sus óxidos tienen malas propiedades de adhesión. En cuanto al oro, su virtud radica en su inercia y facilidad de aplicación; su problema es su costo.
El cromo tiene una excelente adhesión a muchos materiales debido a su reactividad. Su afinidad por el oxígeno forma una fina capa de óxido estable en la superficie exterior, creando una capa de pasivación que evita una mayor oxidación del cromo y del metal subyacente (si lo hay), incluso en entornos corrosivos. El cromado sobre acero para uso automotriz implica tres capas de barrera de difusión (cobre, níquel y luego cromo) para proporcionar durabilidad a largo plazo donde habrá muchos cambios de temperatura importantes. Si el cromo se recubre directamente sobre el acero, sus diferentes coeficientes de expansión térmica harán que el cromado se despegue del acero.
El níquel , el nicromo , el tantalio , el hafnio , el niobio , el circonio , el vanadio y el tungsteno son algunas de las combinaciones de metales que se utilizan para formar barreras de difusión para aplicaciones específicas. También se pueden utilizar cerámicas conductoras , como nitruro de tantalio , óxido de indio , siliciuro de cobre , nitruro de tungsteno y nitruro de titanio .
Circuitos integrados
Un metal de barrera es un material utilizado en circuitos integrados para aislar químicamente los semiconductores de las interconexiones de metal blando, mientras se mantiene una conexión eléctrica entre ellos. Por ejemplo, una capa de metal de barrera debe rodear cada interconexión de cobre en los circuitos integrados modernos, para evitar la difusión del cobre en los materiales circundantes.
Como su nombre lo indica, un metal de barrera debe tener una alta conductividad eléctrica para mantener un buen contacto electrónico, mientras mantiene una difusividad de cobre lo suficientemente baja como para aislar químicamente estas películas conductoras de cobre del silicio subyacente del dispositivo. El grosor de las películas de barrera también es muy importante; con una capa de barrera demasiado fina, el cobre interior puede entrar en contacto y envenenar los propios dispositivos que suministran energía e información; con capas de barrera demasiado gruesas, estas pilas envueltas de dos películas metálicas de barrera y un conductor de cobre interior pueden tener una resistencia total mayor que la que tendrían las interconexiones de aluminio tradicionales, eliminando cualquier beneficio derivado de la nueva tecnología de metalización.
Algunos materiales que se han utilizado como metales de barrera incluyen cobalto , rutenio , tantalio , nitruro de tantalio , óxido de indio , nitruro de tungsteno y nitruro de titanio (los últimos cuatro son cerámicas conductoras , pero "metales" en este contexto).
Referencias
- ^ Cahn, Robert W. (1996), Metalurgia física , 1 (4ª ed.), Elsevier, p. 1355, ISBN 978-0-444-89875-3.