In der Werkstofftechnik bezeichnet der Begriff Barriere allgemein jede Struktur oder Eigenschaft eines Systems, die den Transport von Teilchen, Ladung oder Energie hemmt oder steuert. Barrieren können atomarer, mikrostruktureller, elektronischer oder funktionaler Natur sein und treten sowohl im Volumen eines Werkstoffs als auch an Grenzflächen und in Mehrschichtsystemen auf.

Eine zentrale Rolle spielen Diffusionsbarrieren, beispielsweise in Dünnschichtsystemen, um die Migration von Atomen (z.B. Cu in Si-Mikroelektronik) zu unterdrücken. Ihre Wirksamkeit wird durch thermodynamische Triebkräfte, Aktivierungsenergien und den Diffusionskoeffizienten bestimmt. Eng verwandt sind Gas- und Feuchtebarrieren, etwa in Polymerfolien oder Oxidschichten, deren Barriereeigenschaften über Permeationsraten charakterisiert werden.

Auf atomarer Skala beschreibt die Energiebarriere die energetische Hürde für elementare Prozesse wie Versetzungsbewegung, Diffusion oder Phasenumwandlungen. In der Versetzungsmechanik wirken beispielsweise Gleitlinienbarrieren (Korngrenzen, Ausscheidungen) als Hindernisse für plastische Deformation und bestimmen Festigkeit und Kriechverhalten.

Im Bereich der Elektronik sind Schottky-Schranken und Tunnelbarrieren prototypische elektronische Barrieren, die den Ladungstransport kontrollieren. Technische und wirtschaftliche Barrieren betreffen hingegen die Implementierung barrieregebender Werkstoffe und Prozesse im industriellen Maßstab (Kosten, Skalierbarkeit, Prozesskompatibilität).

Barrieren werden durch geeignete Werkstoffwahl, Mikrostrukturkontrolle und Schichtarchitektur gezielt eingestellt. Ihre quantitative Beschreibung erfolgt typischerweise über Aktivierungsenergien, Permeabilitäts- bzw. Diffusionskoeffizienten und Grenzflächenparameter.