Mikä on Barrier Metal?

Sulkumetalli on ohut metallikerros, joko pinnoitettu tai kalvomainen, joka on sijoitettu kahden esineen väliin estääkseen pehmeiden metallien saastuttamasta muita esineitä. Esimerkiksi nykyaikaisten sirujen ja piirien kupari- ja messinkikomponentit sisältävät aina ohuen metallikerroksen ympärillään, jotta vältetään itse kiteisten puolijohteiden vioittuminen. Joskus esimetallit valmistetaan keramiikasta, kuten volframinitridistä, eikä varsinaisista metalleista, mutta niitä pidetään silti estometalleina.

Sulkumetallit vaativat erityisiä fysikaalisia ominaisuuksia, jotta ne olisivat hyödyllisiä puolijohdeteollisuudelle. On selvää, että suojametallin on oltava riittävän inertti, jotta vältetään itse ympäröivien materiaalien saastuminen; puolijohdekehitys on kuitenkin rakennettu koko laitteen sähkövirran ympärille. Sellaisen metallin on oltava riittävän johtava, jotta vältetään sähkövirtauksen pysäyttäminen.

Hyvin harvat metallit täyttävät molemmat kriteerit, mikä tarkoittaa, että vain pieni kourallinen materiaaleja toimii esimetallina puolijohteissa. Titaaninitridi on puolijohteissa yleisimmin esiintyvä suojametalli. Käytetään myös kromia, tantaalia, tantaalinitridiä ja volframinitridiä.

Johtavuus ja kovuus eivät ole ainoat kaksi ominaisuutta, jotka on otettu huomioon metallimetallilla; Suojametallin paksuus on myös ratkaisevassa asemassa sen tehokkuudessa. Pehmeät metallit, kuten kupari, voivat tunkeutua liian ohuen esteen läpi. Kaikki pehmeät metallit, jotka tunkeutuvat ohuen esteen läpi, voivat saastuttaa haavoittuvan esineen toisella puolella. Toisaalta liian paksu metallipinnoite vaikuttaa merkittävästi piirin sähkön virtaukseen. Puolijohdeinsinöörit viettävät paljon aikaa testauslaboratorioissa saadakseen tasapainon juuri oikeaan.

Kaikki esimetallit eivät kuitenkaan suojaa kiteisiä puolijohteita. Pehmeät metallit vahingoittavat kovempia metallipintoja yhtä helposti, ja saastuminen voi johtaa tuotteen vikaantumiseen korkean teknologian laitteissa. Ohut kerros inerttiä metallia, joka estää kahden muun metallin kosketuksen, tunnetaan diffuusioesteenä. Diffuusioesteet ovat usein levymetallikerrosten välissä ja suojaavat metallikomponentteja juotokselta.

Diffuusion esteenä käytetyt metallit eivät aina ole samoja metalleja, joita käytetään puolijohteiden suojaamiseen, vaikka laitteet, jotka tukeutuvat sähkövirtaan metallikomponenttiensa välillä, saattavat käyttää samoja este -metalleja kuin puolijohdelaitteet. Yleensä levymetallien diffuusioesteet edellyttävät samoja inerttejä ominaisuuksia kuin puolijohdesiteet, mutta niiden on myös kyettävä tarttumaan eri metalleihin molemmin puolin. Kulta, nikkeli ja alumiini ovat kolme yleistä metallia, joita käytetään diffuusion esteissä.