CPU用硅不用鍺 原因有哪些？

　　硅用來(lái)做CPU，是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)太多，而缺點(diǎn)都是可克服的。鍺雖然也有優(yōu)點(diǎn)（比如開(kāi)啟電壓、載流子遷移率），但它的幾個(gè)缺點(diǎn)是很難克服的。

　　CPU就是在一張硅片上，刻幾百萬(wàn)個(gè)晶體二極管。

　　制成二極管，硅的開(kāi)啟電壓（死區(qū)電壓）需要0.5V，鍺的開(kāi)啟電壓只需0.1V。也就是鍺CPU只需零點(diǎn)幾的電壓就能運(yùn)行，比現(xiàn)在的1V低多了，也算CPU的革命吧。

　　電壓更低，意味發(fā)熱量更少，集成度和頻率可以更高。

　　即便開(kāi)發(fā)鍺CPU有困難，也比腦動(dòng)大開(kāi)的 量子CPU， 光子CPU， DNA CPU靠譜吧？

　　硅用來(lái)做CPU，是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)太多，而缺點(diǎn)都是可克服的。鍺雖然也有優(yōu)點(diǎn)（比如開(kāi)啟電壓、載流子遷移率），但它的幾個(gè)缺點(diǎn)是很難克服的。

　　首先是價(jià)格。硅直接拿沙子就能制，雖然工藝復(fù)雜吧但是原料成本接近0.鍺在地殼中分布非常分散，成品鍺（還不是半導(dǎo)體級(jí)別）的價(jià)格就已經(jīng)超越了白銀，印象中將近2000美元一公斤。

　　其次很大一個(gè)問(wèn)題就是鍺的氧化物不穩(wěn)定，不好用。二氧化硅是致密的絕緣體，力學(xué)電學(xué)化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定，不溶于水；氧化鍺沒(méi)那么致密，還是溶于水的。這一條基本就宣告了CPU無(wú)望。

　　還有鍺器件在稍高的溫度下表現(xiàn)不良的問(wèn)題，以及鍺本身比硅重，又比硅軟，更容易碎；等等。而且現(xiàn)在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都以硅為基礎(chǔ)，沒(méi)人會(huì)開(kāi)發(fā)鍺的CPU。

　　目前鍺的前途很大程度上在光電學(xué)方面，太陽(yáng)能電池，光傳感器，紅外LED，鍺激光器（這個(gè)已經(jīng)被MIT做出來(lái)了，但不是大家想象中的激光筆那樣子），等等。因?yàn)楣枳黾す馔耆豢赡埽N又能比較容易地在硅上生長(zhǎng)出來(lái)，因此大家的理想是將用鍺做成的光學(xué)器件與硅做成的電子器件整合在一張硅片上。那就牛逼了。

　　我們組是目前世界上唯一一個(gè)用Ge3H8和Ge4H10生長(zhǎng)鍺的研究組。目前我們?cè)诠枭厦骈L(zhǎng)鍺已經(jīng)能長(zhǎng)得很好了，長(zhǎng)出來(lái)的鍺膜可以用來(lái)做襯底生長(zhǎng)其他的半導(dǎo)體材料。我手頭正在進(jìn)行的一個(gè)課題是鍺的in-situ doping， 已經(jīng)出了兩篇文章，還在繼續(xù)努力中。。。

　　再說(shuō)一句，近三五年來(lái)鍺基半導(dǎo)體方面進(jìn)展很大，但是不少同行還沒(méi)完全了解這些進(jìn)展。如果看以前的書(shū)本上講的一些關(guān)于生長(zhǎng)鍺的局限，現(xiàn)在很多都已經(jīng)被攻克了。以前人們說(shuō)在硅上沒(méi)辦法直接長(zhǎng)鍺，還有得用高溫，或者需要幾個(gè)GeSi的buffer，十年前確實(shí)是這樣。但現(xiàn)在我在三百多度的溫度下直接在硅片上生長(zhǎng)鍺，出來(lái)的膜質(zhì)量很不錯(cuò)。

　　1948年，世界上第一個(gè)點(diǎn)接觸晶體管是用鍺做噠~就是這個(gè)樣子

　　世界上第一個(gè)晶體管 （1948）

　　在遙遠(yuǎn)的上古時(shí)代（1950~），那時(shí)候集成電路還沒(méi)有發(fā)明，晶體管的分立器件就已經(jīng)慢慢由鍺變成了硅。這是為什么呢？ 世界上第一個(gè)和第一個(gè)商用的雙極結(jié)型晶體管都是用鍺做的。摩托羅拉公司當(dāng)時(shí)還是一家車載收音機(jī)的制造商。摩托羅拉是當(dāng)時(shí)第一家使用晶體管來(lái)制造收音機(jī)的廠商。但是好景不長(zhǎng)，摩托羅拉收到了大量用戶投訴，說(shuō)他們發(fā)現(xiàn)摩托羅拉的車載收音機(jī)在午后的陽(yáng)光下曝曬一個(gè)下午后，就不再工作了。摩托羅拉被搞得焦頭爛額，這從市場(chǎng)層面給了摩托羅拉公司很強(qiáng)的動(dòng)力用硅替換鍺來(lái)制造晶體管。

　　為啥會(huì)這樣呢？因?yàn)殒N在受熱之后會(huì)變成本征態(tài)，這使得n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體都失去了他們特有的性質(zhì)，那結(jié)果呢就是雙極結(jié)型晶體管不能再工作了。而硅可以經(jīng)受更高溫度的考驗(yàn)。

　　硅取代鍺其實(shí)是歷史的必然，讓我們來(lái)看看硅棒棒的性質(zhì)吧：

　　有著和鉆石一樣棒的晶體結(jié)構(gòu)，這賦予了硅極好的穩(wěn)定性和強(qiáng)度

　　超棒的隊(duì)友二氧化硅（SiO2），用簡(jiǎn)單的爐式氧化法就可以得到非常高質(zhì)量的二氧化硅，而且界面態(tài)很少（~）。啥是爐式氧化法呢？大概就和烤面包差不多，類似你把硅片放到一個(gè)充滿氧氣的烤箱里去烤一下。其實(shí)很多半導(dǎo)體工藝都能找到生活中的類比物，太陽(yáng)能電池的制造就和咱們烙煎餅果子差不多，我會(huì)亂說(shuō)？

　　硅的帶隙更大，具有更好的熱穩(wěn)定性

　　硅材料便宜啊，硅都是沙子提煉出來(lái)的，想想地球上有多少沙子可以用吧！

　　還有一點(diǎn)非常重要！鍺CPU 75度以上就不能工作了，那還讓我們?cè)趺从眯∶?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)煎雞蛋呢，對(duì)吧？