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【acalephs的回答(219票)】: 锗贵，发热大漏电大都是原因，但是这些还不是最根本的。 关键是硅的工艺太方便了。 硅做提纯，HF轻松一步搞到99.9以上。 硅做晶圆，单晶柱随便拉。 硅做绝缘层，有“上帝创造的”完美的硅/氧化硅界面。（这个是最重要的，所以换hkmg之后各种替代硅的材料才开始兴起） 硅做掺杂，金刚石结构退火一下晶格损伤自己修复。 硅做氧化，湿氧干氧cvd各种工艺任你挑选。 硅做刻蚀，有氧化硅掩膜，不行还有氮化硅，湿法干法都有变态的选择比。 硅做微结构，还有各向异性刻蚀这种大杀器。 硅的工艺选择实在是太方便太丰富太便宜了，所以纵使硅的性能在深亚微米已经开始力不从心，工艺界还是舍不得抛弃硅，而是继续折腾各种新技术给硅续命... 另外阈值电压低不代表运行电压低。 因为电路依然是要电流驱动负载（一般是寄生电容）的。如果电源电压太低会使驱动电流太小，负载充放电速度会很慢，频率就上不去。 基础的数字电路动态功耗是cvf^2，只取决于电源电压、频率和负载电容。阈值影响的是v和f之间的限制关系，但这最终依然是一个频率和功耗的trade off，所以降低阈值并不一定能显著降低动态功耗。但是阈值太低一定会导致关断漏电高，显著增加静态功耗。。。 现在用锗的一般是看中锗的高迁移率来提高频率，或是用锗硅制备异质节，而不是因为阈值电压。 要说阈值电压的话。。。硅器件还有负阈值的增强型CMOS呢。。。调阈值不就一个掺杂的事情嘛。。。 【mervynzeng的回答(49票)】: 终于看到了研究相关的问题，怒答！ 1947年，贝尔实验室研制出了世界上第一只点接触三极管，采用就是Ge材料，这奠定了微电子工业的基础。直到 20 世纪 50 年代末、 60 年代初以前的十几年间，锗都是双极型晶体管的主要支撑材料。但是Ge材料存在以下几个问题： 1.锗的地壳含量很少，据估计地壳中锗的含量是 1.8 ppm（百万分之一），而硅的含量是 277100 ppm，这导致了过高的制造成本； 2.硅工艺中的SiO2/Si体系非常稳定并且界面态密度低、缺陷和陷阱少。而Ge的氧化物非常不稳定，在400度以上还容易发生解析反应，所以器件制作难度大、器件稳定性差和大的栅漏电流，所以单一的GeOx/Ge结构难成为锗基 MOSFET 器件的理想栅介质和隔离层； 3.Ge的禁带宽度只有0.66eV，相比于Si的1.12eV,这就导致Ge器件比较容易被击穿，静态功耗就大了； 4.现有水平制备出的Ge衬底，达不到Si的纯度和低界面态密度。 由于存在以上问题，60年代之后Si逐渐取代了Ge。当然，随着工艺尺寸的不断缩小，Si材料将达到其物理极限(电子和空穴迁移率过低是硬伤)，Ge或者Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体或许是作为沟道材料的一个很好选择。 现阶段U-Tokyo,Stanford,Purdue,MIT基本上代表了Ge或者Ⅲ-ⅤMOS器件研究领域最高水平，主要研究方向是降低界面态密度情况下减小EOT(等效氧化物厚度)，新的高k介质还有与Si基集成等。国内也有一些高校在做，比如THU、PKU、FUDAN、NJU等。 【知乎用户的回答(12票)】: “制成二极管，硅的开启电压（死区电压）需要0.5V，锗的开启电压只需0.1V。也就是锗CPU只需零点几的电压就能运行，比现在的1V低多了，也算CPU的革命吧。” “电压更低，意味发热量更少，集成度和频率可以更高。” 显然你不了解锗管的特性。很多推理判定都是错误的~！你用过锗二极管，锗三极管吗？ 低频的锗三极管，尤其是大功率的，漏电电流大，发热量不小，效率低。 高频小功率的管子，尤其是NPN型的，锗管制造难度大，多数用硅管来完成。往往硅管在频率上，热稳定性上，噪音，尤其是漏电电流上，远远超于锗管。。这是最直接的问题。如果你的电子技术实践功底足够，理解这些不成问题。 【提利昂之怒的回答(2票)】: 提供我觉得对的部分原因吧： 1，硅储量丰富，价格低，易提纯，性能稳定 2，硅晶圆可以很大个，8寸，12寸，未来的18寸，晶圆厂都可以拉出来，锗晶体你搞个试试 3，开启电压低是优势也是劣势，对工艺提出很高要求，如果工艺满足不了，那么低压情况下的高漏电将会造成很大的麻烦 4，生产惯性，成熟的配套设备、工艺条件、产业链都是架构在硅上的，重新换锗，成本太高不是，而且短期还看不到利益 5，觉得对的请点赞，哈哈 【UserSuper的回答(0票)】: 好的PN結正向特性是有代價的，也就是差的反向特性。換句話說，功耗未必能降低。 尺寸給定的情況下，提高頻率的主要方法還是增大電流。相較而言，减小尺寸更為可行，不僅可以提高頻率，還可以提高集成度。 綜合比較，鍺不一定比硅的優勢明顯。 【郭雄飞的回答(0票)】: 硅是上帝赐予人类的礼物，在各个方面堪称完美，不论是取材、制造、大规模生产以及各种耐折腾，物理和化学特性在地球上常温下也正好能非常好的工作。 目测下一件上帝赐予人类的完美材料还没有到达地球。 谢谢！ 【胡镇涛的回答(2票)】: 前苏联做过锗的CPU 后来哭了 那都是很早时候的事情了 应该是硅和锗天生的性质差异造成的 单纯想电压这事，就是把问题想简单了 热稳定性啊，半导体线性啊，生产制造工艺要求啊等等，要考虑的事情太多了，要不然也不会到现在，全世界也就两家民用电脑CPU制造商，其中一家还在吃救济过日子。 现在量子光子DNA CPU，算是新兴科技。 烧钱看看能有没有啥产出吧 据说现在是产出点东西了的。 【张磊的回答(1票)】: 锗的能带导致无法在温度高于75度的时候正常工作。 【黄亮的回答(0票)】: 锗的性质合适做，但是锗没有富矿存在，在金属中不属于稀有金属但是属于稀散金属，一般一吨煤中有十克锗，所以因为开采收集的原因没有作为Cpu的主要材料 【大猩猩的回答(0票)】: 1. SiO2+2C==Si+2CO 2. Si+2Cl2==SiCl4 3. SiCl4+2H2==Si+4HCl 第一步 是粗硅 含有未反应完全的杂质碳第二步 转化为SiCl4 沸点较低 50多度 容易转化为气体 从而起到和杂质碳分离的目的,第三步 用还原剂把硅从化合态还原为纯净单质硅 好吧 我答不下去了 原文地址:知乎 |
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