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）。

一、解析原因

这与硅本身的原子结构等物理特性有关。一般来说，常温下导电能力很强的物体称为导体，导电能力很弱的物体称为绝缘体，导电能力介于导体与绝缘体之间的称为半导体，硅、锗、砷化镓等物体的导电能力介于导体与绝缘体之间，故称为半导体。（并不像一楼说的硅长得像金属又不是金属所以叫半导体。。囧。。，石墨不是金属但导电能力很强所以也是导体。。）

在半导体中掺入适量杂质（如硼、磷等），可大大提高半导体的导电能力，称为掺杂半导体（不掺入任何杂质的半导体称为本征半导体），现在所用的电子元件中绝大多数（甚至全部）都是掺杂半导体

二、补充说明

1、

常温下，

单质硅有两种同素异形体，

一种为暗棕色无定形粉末，

可用镁使二氧化硅还原

而得，性质比较活泼，能够在空气中燃烧，称为无定形硅；另一种为性质稳定的结晶硅，呈

暗黑蓝色，可用炭在电炉中使二氧化硅还原而得。

常温下，固态质脆，熔点1687 K（1414℃），沸点3173 K（2900℃），摩尔体积12.06×10^-6 m……3/mol，密度为2.33g/cm^3，本征载流子浓度1.5×10^10cm^-3，电阻率为2300Ω·m。

2、

三、材料资源

1、

https://www.baidu.com/link?url=FyhLpFao9OPBHga_OXS10bjpH7vd9M3eXCsnB3UeKuLvBmSzzdVxtyvKyCZvTJavWuVh-JZnarLacUzHMoRKi_&ie=utf-8&f=8&tn=61089049_pg&wd=%E4%B8%BA%E4%BB%80%E4%B9%88%E7%A1%85%E8%83%BD%E5%BD%93%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93&inputT=4827&bs=%E7%A1%85%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93

2、http://wenku.baidu.com/link?url=Uz-sw8T6FZ0lSyitQ7GMsbz5vkOaP_6ZaPhmLf3ZE7Dmk2mSxJRtIp06arsNfF1m8YASL35mB6Gfxc1KhEIsA1XgkQEPVEqycdUgyXLTmDy

早年或最初的半导体材料都是用锗。如我国锗类晶体管就是3A系列和3B系列。二极管是2A系列。上世纪6，7十年代有半导体收音机基本上都是锗材料。

锗材料的致命弱点就是温度稳定性很差。三极管漏电流很大，门限电压很低0.1V左右。当大规模集成电路时。这些都是致命的缺点。

至于题主用金属与非金属的概念套散热性能并不合适。锗虽属金属元素，但其导电性属于半导体。

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