为什么芯片要用硅作为半导体材料，而不用其他的？

理论上所有半导体都可以作为芯片材料，但是硅的性质稳定、容易提纯、储存量巨大等等性质，是所有半导体材料中，最适合做芯片的。

在晶体管（二极管、三极管等等）未发明之前，初期电子计算机使用的是电子管，但是电子管体积巨大、功耗高、寿命短；人类第一台电子计算机使用18000个电子管，重30吨，占地150平方米，耗电功率高达150千瓦，但是其运算能力远远赶不上如今的一台掌上计算机。

后来科学家发明了晶体管，晶体管功耗低、体积小且寿命长，最早的晶体管是使用半导体材料锗来制作的，从此微电子出现在人们视野当中。

晶体管可以简单地理解为一种微型的开关，根据不同的组合设计，具有整流、放大、开关、稳压等等功能；制作晶体管的关键就是半导体材料，因为半导体材料一般具有特殊性质，比如硅掺入磷元素可以形成N型半导体，掺入硼元素可以形成P型半导体。

我们把N型半导体和P型半导体进行组合，可以形成PN结，这是电子芯片当中的重要结构，我们把各种结构进行组合，就可以完成特定的逻辑运算（比如与门、或门、非门等等）。

理论上，所有的半导体材料都可以作为芯片材料，但是芯片对材料的要求极高，所以真正适合做芯片的半导体材料并不多，比如硅、锗、碳化硅、氮化镓等等。

其中硅因为拥有众多优良特性，使得硅成为芯片的主要材料：

（1）硅元素的含量巨大，地球元素中仅次于氧元素（地球元素含量排行：氧>硅>铝>铁>钙>钠>钾……）。

（2）硅元素提纯技术成熟，制作成本低，最初晶体管使用锗作为芯片材料，是因为当初硅元素的提纯技术不成熟，如今硅的提纯可以达到99.999999999%。

（3）硅元素的性质稳定，包括化学性质和物质性质，比如锗做成晶体管，当温度达到75℃以上时，其导电率有较大变化，而且做成PN结后锗的反向漏电流比硅大，这对芯片的稳定性非常不利。

（4）硅本身是无毒无害的物质，我们常见的很多石头都含有二氧化硅（SiO2）。

单晶硅。芯片的原料主要是单晶硅，可以作为半导体，而高纯度的单晶硅是重要的半导体材料，所以芯片是半导体。半导体是指室温下导电率介于绝缘体和导体之间的材料，所以有时导电，有时不导电。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。在各种半导体材料中，硅是商业应用中最有影响力的一种。发展。晶体管发明并量产后，二极管、晶体管等各种固态半导体元件被广泛使用，取代了真空管在电路中的功能和作用。20世纪中后期，半导体制造技术的进步使集成电路成为可能。相对于用单个分立电子元件手工组装电路，集成电路可以将大量的微晶体管集成到一个小芯片上，这是一个很大的进步。集成电路的大规模生产能力、可靠性和电路设计的模块化方法确保了标准化集成电路代替分立晶体管的快速采用。与分立晶体管相比，集成电路有两个主要优势:成本和性能。成本低是因为芯片通过光刻技术将所有元件作为一个单元打印出来，而不是一次只做一个晶体管。高性能是因为元件的快速切换，因为元件小且彼此靠近，所以消耗的能量更少。2006年，芯片面积从几平方毫米到350毫米，每毫米可以达到一百万个晶体管。

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