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晶界和晶界模型;一、界面与晶粒间界; 多晶材料中晶粒间的交界过渡区称晶粒间界(Grain Boundary)，简称晶界（GB）。 晶界对材料的力学、光学、磁学和电学性质影响很大。 在薄膜型和陶瓷型的各种元器件中，晶界起着关键性的作用。 在最近二十多年中，世界上各工业先进国家都很重视晶界的研究和开发应用。从电子学的角度来看，随着对晶界特征的进一步认识和控制。除了可以明显地改进材料和元器件的性能，提高成品率和可靠性外，还可设计出新型的元器件。;一、晶界结构;3、晶界的成分：晶界结构比晶体内疏松，杂质原子容易在此发生聚集.晶粒内，杂质原子周围形成了一个很强的弹性应变场，化学势较高. 应变场弱，化学势低，所以体杂质会往晶界集中。当温度升高时，这种趋势更为明显。 一般来说杂质在外界会发生凝聚（偏析)。在一些材料中杂质含量可以低到10—1000ppm(10-5-10-4)。但在晶界中杂质的含量由于偏析可高达1—5at％。有时晶界杂质的偏析会对晶体的—些性质(如耐蚀性、蠕变、脆性和电学性能等)起关键性的作用。; 对于一些化合物或氧化物材料，由于晶界处有很多空位(如氧空位)。所以改住在晶界处会产生化学计量偏离。 4、晶界电荷： 对于许多离子晶体来说，它的结构单元是带电的，因此缺陷也带电，此样晶界处会带电。 例如在Mgo多晶材料中，如有高价杂质离子存在，则晶界带负电；如Al2O3中有MnO时，晶界带正电。由于晶界电荷的存在，有时会形成晶界空间电荷区、晶界态和陷阱，直接影响到材料的电学、光学和磁学等性能。;（2）、晶界的主要模型;面心堆积可表示：……ABCABC…… △△△△△六方密积可表示： ……ABABAB…… △▽△▽△; 用Nabarro和Frank符号表示为 ……ABCABACABCABC…… …△△△△▽▽△△△… ……ABCABCBCABC…… …△△△△△▽△△△… 在以上表示中明显地可以看出有错排的层，这种缺陷称堆垛层错(stacking faults)简称层错. ; 层错的畸变区约为一个原子的尺度，因此层错的交界区(晶界过渡区)很薄，界面能也较小。正因为如此，在一些由原子密堆积的晶体(如Au、Al等)中容易产生层错。 从原子堆积的角度来看，层错处原子排列有畸变，是一个高能区。; 多出一层或少掉—层的层错情况较简单，称本征层错。此外还可能有双层层错或非本征层错存在。 下面为六方密积的两种层错 简单层错 …▽△▽▽△▽… 或…ABA/CAC… 双重层错 …▽△▽▽▽△▽… 或…ABA/C/BC… 在化合物材料中，因为化学计量器的偏离，某种原子(离子）的空位发生凝集之后，会形成化学对基层错。在高温冷却的化合物中，曾观察到如下图所示的那种化学堆垛层错。 ; 当空位浓度很大时、空位凝集成层状结构，最终成为低能的堆垛层错。与此相似，经中子辐射照过的离子晶体中也发现存在有一个原子厚度的填隙式金属原子薄层。 堆垛层错在晶体生长、外延、相变以及冷加工等过程中形成、生长和长大; 不锈钢（Fe-Cr合金）、 -黄铜、金、银、铜、铝等都是面心立方结构，但不锈钢和 -黄铜中往往有大量层错；铝中一般不易发现，金、银、铜的层错数目便介于其间.一般来说，界面能越小，出现层错几率越大。下面是几种金属和不锈钢的层错界面能; 层错破坏了晶格的长程序，要散射电子，减小少数载流子的寿命，并引起附加噪声。 在半导体单晶器件中，层错对器件性能影响很大，例如：层错引起的Frank不全位错处杂质的沉积，使扩散增强，形成扩散管道，造成发射极-集电极短路，漏电流增加，层错还使P-N结击穿电压降低，MOS电容弛豫时间变短，在MOS电容栅电极下，会产生大量漏电流，等等. ;2、双晶界面 在一些单晶中存在着一些对称面，使得单晶的一部分与另一部分互相对称，类似于平面镜中物与象的关系，这个对称面称双晶界面，又称孪生晶界。在形成双晶界面时，两边的晶格常数一样，称为共格双晶; 另一种双晶界面，两边的晶格常数不等，其中安插着一系列位错存在，称为非共格双晶。 晶体在沿双晶面生长的时，如果新晶体的结构不同于原先的晶体，称为是外延生长的，如果新晶体的结构与原先晶体相同，仅取向不同，则说是一个孪晶。; 从Nabarro和Frank符号表示法中可以看出，堆垛层错可看做是一