为什么锗半导体最先得到应用,而现在的半导体材料却大都采用硅半导体

为什么锗半导体最先得到应用,而现在的半导体材料却大都采用硅半导体,第1张

原子半径小,线路可以做很细。硅是单晶,化学性质稳定。

高压下硅半导体的压降比锗小得多,所以电力电子都是用硅。

锗一般用于电子电路中的单个晶体管,在电子设备的电压等级之下,锗的压降更小,电阻也更小,适合做电子设备的开关管。

硅的绝缘性好,锗的导电性好些,相比较,硅更容易获得,化学性状也更稳定,获取成本低,所以比较适合大规模生产,因此被大量采用至今,由于这两种元素的物理及化学性质的差异,导致最后硅胜出了,吼吼。

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其实早期的晶体管使用的是锗制作的,但是由于锗不耐高温的缺点, 导致其逐渐被抛弃,硅就开始登上了历史的舞台,硅由于耐高温、稳定性强、价格便宜等优点开始被用在电子元器件上。

下面我详细给大家分析下:

为什么锗会被抛弃呢?

摩托罗拉当时制作了一款车载收音机,采用的就是锗晶体管,上市销售后经常会收到很多用户投诉收音机在中午阳光暴晒后就不能正常工作了,于是摩托罗拉开始寻找替代材料。这就是由于锗本身不耐高温缺陷导致的。锗在受热之后会变成本征态,双极结型晶体管不能再继续工作了。还有就是锗在地壳中的含量为一百万分之七,相比于氧、硅等常见元素要少很多,这就造成了较高的制造成本,尤其是电子设备都是百万千万甚至是上亿级别的出货量,这就会造成非常大的成本压力。此外锗的氧化物非常不稳定,以及锗的禁带宽度只有0.66eV,这就导致锗晶体管非常容易被击穿。

为什么选择硅呢?

因为硅具有以下优点,非常适合应用在电子元器件上。

1.硅的结构是晶体状,这就使硅具有很好的稳定性和强度;

2.硅的带隙更大,具有更好的热稳定性,比较耐高温;

3.硅的价格便宜,硅都是沙子提炼出来的,硅晶体管的制作工艺虽然复杂,但是原料接近成本价。

硅和锗储量相差巨大。

地壳中的元素丰度,硅是27.8%左右,也就是四分之一还多,锗是1.8ppm,也就是百万分之1.8,两者相差14万倍之多。硅可以由储量很丰富的石英提取,而锗只能在煤烟灰当中找到极微量。从这一点看,锗就不适合做CPU,自然界储量太稀少,提炼太复杂,不用说,价格是天价,平民无缘使用。

因此,如果用锗做半导体,成本巨高、性能巨差,没有低成本性能好的配套工艺技术供使用,不适合制造CPU一类器件。


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