双晶（ツイン）とは、ある結晶面を境にして、両側の結晶が鏡に映したような対称の関係で接している状態のことです。境界となる面を双晶境界と呼び、シリコンのようなダイヤモンド構造では主に{111}面が双晶境界になります。原子面の積層順序で見ると、ABCABC… と進んでいた並びが、境界を境に逆向きの順序で続いていく状態です。
双晶境界は、結合の角度や長さの乱れが小さい、エネルギーの低い面欠陥です。そのため粒界の中では電気的に不活性なものが多く、単独ではキャリアの再結合やリーク電流への影響が小さいことが知られています。
それでも単結晶シリコンの製造では、双晶は重大な不良です。CZ法の引き上げ中に成長界面で双晶が生じると、そこから先は結晶方位の異なる領域が成長し、インゴットは単結晶でなくなります。融液への異物の混入や温度の乱れが発生のきっかけとなり、発生した部分から先は製品にならないため、歩留まりを大きく損ないます。
化合物半導体には、双晶がさらに問題になりやすい材料があります。InPなど閃亜鉛鉱型の結晶の一部は双晶ができるエネルギーが小さく、結晶成長で双晶が発生しやすいことが、大口径の単結晶を得にくい要因の一つになってきました。
一方、多結晶の材料では双晶は日常的に存在します。銅配線の結晶粒の中には熱処理によって双晶境界が数多く形成され、双晶境界は一般的な粒界より原子が拡散しにくいため、エレクトロマイグレーション耐性の面では有利に働くとされています。ポリシリコンでも、双晶境界は最もよく見られる粒界の一つです。
