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007 为什么叫硅谷（第2页）

戈登·蒂尔：【前辈您谦虚了，要不是有您当年的研究借鉴，我也想不到制作单晶锗和单晶硅的方法。

那我就班门弄斧，简单给大家介绍一下。

不过，首先回答一个问题，半导体后来为什么要用硅而不是用锗。

首先，锗的稳定性不如硅。

在受热之后会变成本征状态，使N型半导体和P型半导体都失去了他们的特性。

换句话说，温度一高，就掺杂了个寂寞。

基本上，锗在75℃以上就不能工作了。

手机、计算机、汽车工作起来，CPU烫到能煎蛋，并不少见。

这个时候锗就显然不行。

第二、锗材料在底壳含量很少，大概是不到百万分之二，而且分布很分散，不好开采。

成品锗，还不是半导体材料哦，价格就已经赶超白银了。

硅就不一样了，这玩意就是沙子。

硅是地壳中含量最丰富的元素之一，占地壳元素含量的27.7%，占地球全部元素含量的15.1%。

材料获取很容易，若是不算工艺成本，材料几乎就是零成本。

第三、锗的氧化物非常不稳定，在400度以上还容易发生解析反应，导致器件制作难度大、稳定性差、容易出现大的栅漏电流。

第四、锗的禁带宽度只有0.66eV，相比于硅的1.12eV，这就导致锗器件比较容易被击穿，静态功耗就大了。

第五、现有水平制备出的锗衬底，达不到硅的纯度和低界面态密度。

基于上面的原因，硅理所当然的成为锗材料的替代品。

】

江维想了想，戈登·蒂尔2003年已经去世了，补充道：

“半导体材料从60年代到2020年，发展分为三代。

60年代开始以硅为主导。

2000年左右以砷化镓和磷化铟为代表，出现了第二代半导体材料。

砷化镓技术发展最成熟，因其宽禁带、直接带隙和高电子迁移率的特点，适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件和通信器件器件等。

砷化镓主要应用领域为通信，比如光纤通讯、卫星通讯、微波通讯等等。

但这两种化合材料的原料稀缺，需通过合成形成，价格相对较高。

而且对环境危害性较大，使其难以被更广泛应用，逐渐被第三代半导体材料取代。

2020年左右，氮化镓和碳化硅成为成熟的第三代半导体材料，又称宽禁带半导体材料（禁带宽度大于2.2ev）。

除此之外还有氧化锌、金刚石、氮化铝这些半导体材料的研究还处于起步阶段。

氮化镓、碳化硅能够大幅提升电子器件的高压、高频、高功率的工作特性，在军事、新能源、电动汽车等领域具有非常大的应用前景。

目前新的特斯拉已经采用了碳化硅材料的器件，2020年小米也推出了氮化镓快速充电器。

在通信方面，未来当5G标准频率超过40GHz时，第二代材料砷化镓将无法负荷，必须采用第三代的氮化镓。

但单晶的氮化镓价格很高，2英寸要2万多块，是同面积硅材料的数十倍。

所以，在实际的商业方案中通常采用硅作为“底衬”

，在外延上生长氮化镓来大幅度降低成本。

虽然这种方式在性能上与单晶氮化镓有差距，但基本能满足主流市场的需求。

除非是军工、航天、安防这种要求特殊的领域。

但总的来说硅还是半导体的主流材料，目前90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。

未来十年，会朝硅和硅底衬化合物的方向，硅仍然是核心材料。”