Una barriera alla diffusione è solitamente un sottile rivestimento di materiale utilizzato per prevenire la diffusione. La diffusione si verifica quando le molecole si spostano da un’area ad alta concentrazione a un’area a bassa concentrazione in modo che si verifichi un numero uguale in entrambe le aree. La diffusione avviene sia che le molecole siano allo stato gassoso, liquido o solido e può portare alla contaminazione di un prodotto da parte di un altro.
Una barriera alla diffusione è solitamente sottile solo micrometri e viene utilizzata per migliorare la durata di conservazione dei prodotti contenenti metallo rallentando la loro corruzione da altri prodotti nelle vicinanze. Questi tipi di barriere sono utilizzati in una varietà di applicazioni commerciali, quindi le barriere efficaci ed economiche sono molto ricercate, specialmente dall’industria elettronica. Sebbene esistano barriere alla diffusione di ossigeno e gas idrogeno, la maggior parte delle barriere alla diffusione sono metalli.
Una buona barriera alla diffusione ha proprietà fisiche e chimiche che variano a seconda dei componenti metallici utilizzati per realizzare la barriera. Più sottile è la barriera alla diffusione e più uniforme è il rivestimento, più efficace è la barriera. I metalli nella barriera devono essere non reattivi ai materiali circostanti, in modo che non si diffondano e corrompano i metalli che la barriera dovrebbe proteggere. Inoltre, la barriera alla diffusione deve essere in grado di aderire fortemente a ciò che sta proteggendo per fornire una barriera sicura che impedisca completamente la diffusione da parte di qualsiasi molecola.
I diversi materiali utilizzati per realizzare le barriere alla diffusione offrono diversi vantaggi e occorre prestare attenzione per ottimizzare lo spessore, la reattività e l’aderenza della barriera. I metalli differiscono nella loro reattività e aderenza, con alcuni metalli che forniscono un alto grado di non reattività ma bassa aderenza, o viceversa. Alcune barriere possono avere più strati per soddisfare la necessità di metalli sia non reattivi che adesivi. In alternativa, per formare la barriera può essere utilizzata una combinazione di metalli, detti leghe. Numerosi metalli sono stati utilizzati nella creazione di barriere alla diffusione, tra cui alluminio, cromo, nichel, tungsteno e manganese.
Le barriere alla diffusione sono state comunemente utilizzate per decenni nella produzione di elettronica. Sono utilizzati per preservare l’integrità del cablaggio interno in rame dall’isolamento in silice che lo circonda. Ciò serve a prolungare la durata del dispositivo elettronico prevenendo il guasto del circuito che si verificherebbe se il rame e la silice entrassero in contatto. Finora, la tecnologia per creare e depositare barriere alla diffusione ha consentito una maggiore velocità dell’elettronica di consumo; tuttavia, si stanno studiando nuove leghe e tecniche di deposizione barriera per l’uso nelle nuove generazioni di elettronica.