Mis on barjäärmetall?

Tõkkemetall on õhuke metallikiht, kas plaadistuse või kile kujul, mis asetatakse kahe objekti vahele, et vältida pehmete metallide saastumist teiste objektidega. Näiteks kaasaegsete kiipide ja vooluahelate vask- ja messingkomponendid sisaldavad alati nende ümber õhukest metallkattekihti, et vältida kristalsete pooljuhtide enda kahjustamist. Mõnikord on tõkkemetallid valmistatud keraamikast, näiteks volframnitriidist, mitte tegelikest metallidest, kuid neid peetakse siiski tõkkemetallideks.

Piirdemetallid nõuavad spetsiifilisi füüsikalisi omadusi, et olla pooljuhtide tööstuses kasulikud. Ilmselt peab tõkkemetall olema piisavalt inertne, et vältida ümbritsevate materjalide enda saastumist; pooljuhtide valmistamine on aga üles ehitatud elektrivoolu ümber kogu seadmes. Sellisena peab tõkkemetall olema piisavalt juhtiv, et vältida elektrivoolu peatamist.

Väga vähesed metallid vastavad mõlemale kriteeriumile, mis tähendab, et ainult väike käputäis materjale toimib pooljuhtides tõkkemetallina. Titaannitriid on pooljuhtides kõige sagedamini leiduv barjäärmetall. Kasutatakse ka kroomi, tantaali, tantaalnitriidi ja volframnitriidi.

Juhtivus ja kõvadus ei ole ainsad kaks omadust, mida tõkkemetalli puhul arvesse võetakse; tõkkemetalli paksus mängib samuti selle efektiivsuses otsustavat rolli. Pehmed metallid, näiteks vask, võivad tungida läbi liiga õhukese barjääri. Pehme metall, mis tungib läbi õhukese barjääri, võib saastada teisel pool asuvat haavatavat eset. Teisest küljest mõjutab liiga paks metallplaat oluliselt elektrivoolu vooluringis. Pooljuhtide insenerid veedavad palju aega katselaborites, püüdes saavutada õiget tasakaalu.

Kuid mitte kõik barjäärimetallid ei varje kristallilisi pooljuhte. Pehmed metallid rikuvad sama kergesti ka kõvemaid metallpindu ja see saastumine võib põhjustada kõrgtehnoloogiliste seadmete toote rikke. Õhukest inertse metalli kihti, mis takistab kahe teise metalli kokkupuudet, nimetatakse difusioonibarjääriks. Difusioonitõkkeid leidub sageli plaatmetallide kihtide vahel ja need kaitsevad metallkomponente jootmise eest.

Difusioonitõkkeks kasutatavad metallid ei ole alati samad metallid, mida kasutatakse pooljuhtide kaitsmiseks, kuigi seadmed, mis sõltuvad elektrivoolust nende metallosade vahel, võivad kasutada pooljuhtseadmetena samu tõkkemetalle. Üldiselt nõuavad plaatmetalli difusioonitõkked samu inertseid omadusi kui pooljuhttõkked, kuid need peavad olema võimelised kleepuma ka erinevate metallide külge mõlemal pool neid. Kuld, nikkel ja alumiinium on kolm levinumat metalli, mida kasutatakse difusioonitõkete jaoks.