Eine Diffusionsbarriere ist normalerweise eine dünne Materialbeschichtung, die verwendet wird, um eine Diffusion zu verhindern. Diffusion tritt auf, wenn sich Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen, so dass in beiden Bereichen die gleiche Anzahl auftritt. Diffusion geschieht unabhängig davon, ob sich die Moleküle in einem gasförmigen, flüssigen oder festen Zustand befinden und kann zur Kontamination eines Produkts durch ein anderes führen.
Eine Diffusionsbarriere ist normalerweise nur Mikrometer dünn und wird verwendet, um die Haltbarkeit metallhaltiger Produkte zu verlängern, indem ihre Verfälschung durch andere Produkte in der Nähe verlangsamt wird. Diese Arten von Barrieren werden in einer Vielzahl von kommerziellen Anwendungen verwendet, daher sind effektive und kostengünstige Barrieren sehr gefragt, insbesondere in der Elektronikindustrie. Obwohl Diffusionsbarrieren für Sauerstoff und Wasserstoffgas existieren, sind die meisten Diffusionsbarrieren Metalle.
Eine gute Diffusionsbarriere weist physikalische und chemische Eigenschaften auf, die je nach den Metallkomponenten variieren, die zur Herstellung der Barriere verwendet werden. Je dünner die Diffusionsbarriere und je gleichmäßiger die Beschichtung, desto wirksamer die Barriere. Die Metalle in der Barriere müssen mit den umgebenden Materialien nicht reagieren, damit sie nicht in die Metalle diffundieren und diese beschädigen, die die Barriere schützen soll. Darüber hinaus muss die Diffusionsbarriere in der Lage sein, fest an dem zu haften, was sie schützt, um eine sichere Barriere bereitzustellen, die die Diffusion durch irgendwelche Moleküle vollständig verhindert.
Die verschiedenen Materialien, die zur Herstellung von Diffusionsbarrieren verwendet werden, bieten unterschiedliche Vorteile, und es muss darauf geachtet werden, dass Dicke, Reaktivität und Haftung der Barriere optimiert werden. Metalle unterscheiden sich in ihrer Reaktivität und Haftung, wobei einige Metalle einen hohen Grad an Nichtreaktivität, aber eine geringe Haftung aufweisen oder umgekehrt. Einige Barrieren können mehrere Schichten aufweisen, um den Bedarf sowohl an nicht reaktiven als auch an haftenden Metallen zu decken. Alternativ kann eine Kombination von Metallen, genannt Legierungen, verwendet werden, um die Barriere zu bilden. Bei der Herstellung von Diffusionsbarrieren wurden eine Reihe von Metallen verwendet, darunter Aluminium, Chrom, Nickel, Wolfram und Mangan.
Diffusionsbarrieren werden seit Jahrzehnten häufig in der Elektronikfertigung verwendet. Sie werden verwendet, um die Integrität der internen Kupferverkabelung von der sie umgebenden Silikatisolierung zu bewahren. Dies dient dazu, die Lebensdauer des elektronischen Geräts zu verlängern, indem Schaltungsausfälle verhindert werden, die auftreten würden, wenn Kupfer und Siliziumdioxid in Kontakt kommen. Bisher hat die Technologie zum Erzeugen und Aufbringen von Diffusionsbarrieren eine höhere Geschwindigkeit der Unterhaltungselektronik ermöglicht; jedoch werden neue Legierungen und Barriereabscheidungstechniken für die Verwendung in neuen Generationen von Elektronik untersucht.