失配差排

當你想把兩顆原子間距略有不同的晶體對齊，比方說在同一段長度裡，一顆有 100 個原子、另一顆有 101 個，它們不可能處處匹配。有一段距離內原子列會穩定地愈錯愈開，直到最終其中一顆晶體多塞進了整整一列、而另一顆沒有。在那個位置就有一片多出來的半原子面：一根差排。為了吸收這種間距不匹配而恰好放在界面上的差排，就是失配差排（misfit dislocation）。

失配差排是半共格界面的決定性特徵。若兩個晶格的間距相差分數 delta = (a2 - a1)/a1、而差排的柏格斯向量長度為 b，那麼失配差排沿界面彼此相隔 D = b/delta。具體數字：4% 的失配（delta = 0.04）、b = 0.2 nm，就需要每 D = 0.2/0.04 = 5 nm 出現一根失配差排。差排之間，兩顆晶體幾乎完美（共格地）貼合；每根差排恰好吞下一列不匹配，把完全共格界面本來得儲存的彈性應變釋放掉。

失配差排正是應變磊晶膜一旦長過臨界厚度就會鬆弛、以及共格析出物粗化時會失去共格的原因。它是一把雙面刃：它釋放了昂貴的彈性應變，卻加進了自己的線能量，而且在半導體元件中會化身為電性活躍的缺陷、拖累性能。這就是為什麼元件工程師要把磊晶層保持得夠薄、以維持共格且不含失配差排。誠實提醒：失配差排是一根在界面上做著特定工作的普通差排（通常是刃差排）；它不是另一種缺陷物種，只是依角色來分類的差排。