为何CPU只用硅，而不用能耗更低的锗制作？

锗很难用来做CPU，硅的地位也很难被取代在元素周期表中，金属和非金属元素之间有十二种具有半导体性质的元素，分别是：硼(B)、金刚石(C)、硅(Si)、锗(Ge)、灰-锡(Sn)、磷(P)、灰-砷(As)、黑-锑(Sb)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、碘(I)。

其中的大多数是不稳定的，硫、磷、砷、锑、碘都易挥发，灰-锡低温下才稳定，硼的熔点太高，不易制备单晶。只有锗、硅性能优越。

半导体是指在常温下电导率介于金属和绝缘体之间的一种材料，半导体的电导率并不是一成不变的，它会随着掺入的杂质元素、受热、受光照、受外力等种种外界条件，在绝缘体和金属之间电导率内发生变化。

第Ⅳ族的锗和硅的最外层电子有4个，原子之间能够形成排列整齐的晶格价键。而临近的Ⅲ族和Ⅴ族则变成了掺杂元素。

N型掺杂是掺入V族元素（如：磷P、砷As），V族元素相比Ⅳ族的外层电子多出一个，多出的电子能够作为导电的来源。P型掺杂是掺入Ⅲ族元素（如：硼B、氟化硼BF2），Ⅲ族元素相比Ⅳ族的外层电子少一个，这种缺少电子的空位被称为空穴，空穴同样能够导电。

P、N两种半导体面对面放在一起会怎样？放在一起就形成了PN结，它具有单向导电性，电流只能从这一头流向另一头。一个PN结就可以形成半导体元器件中最简单的二极管，它同时也是构成三极管、场效应管等众多半导体元器件的基础结构。

给PN结加正向电压（P区接正极、N区接负极），多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结，形成较大的扩散电流，称为正向电流。

给PN结加反向电压，多数载流子扩散运动减弱，没有正向电流通过PN结，只有少数载流子的漂移运动形成反方电流。由于少数载流子为数很少，所以反向电流很微弱，电阻很大。

半导体的光电特性在PN结处没有可以自由移动的电子和空穴，但晶格原子外层有许多被束缚的共价电子。光照射时共价电子获得能量，脱离晶格原子的束缚，变成可以自由移动的电子和空穴。所以光照可以使PN结产生电流。

如果在PN结两端加上正向电压，半导体中的电子和空穴就会在结处相遇之后消失（复合），并产生一束光子，但前提是制造PN结的材料为直接带隙半导体（如：GaAs、GaP、GaN等，这种材料中的电子和空穴复合时遵循动量守恒），而硅材料属于间接带隙半导体，只能制造具有整流、开关特性的二极管，而不能发出光子。硅的应用为什么广于锗?其实世界上第一只晶体管是用锗做的，在1947年诞生于贝尔实验室。

但在1954年美国的一次展会上，“德州仪器”的工程师戈登·蒂尔为硅做了一个非同凡响的广告。他将一台使用锗晶体管的电唱机扔进一桶热油中，电唱机立即禁声了。然后他又拆下锗晶体管，换上自己的硅晶体管，也扔进热油中，电唱机依然继续。从此，锗被晶体管抛弃了。

锗器件的稳定工作温度远不如硅器件高，它在地球上的含量也远远不及硅，所以在半导体工业发展初期就被硅取代了。目前CPU的地基“晶圆”所含技术并没有锗的身影晶圆是半导体构成的晶体圆片（又称衬底），它是制造CPU及其他半导体器件的“地基”。

第一代半导体晶圆以硅为代表，它的应用是最为广泛，但在光电、射频、功率等领域并没有很大的优势。第二代半导体晶圆以砷化镓（GaAs）为代表，主要应用于红外、绿光波段的光电子领域以及民用射频器件领域，目前发展比较成熟。第三代半导体晶圆以氮化镓（GaN）、碳化硅(SiC)为代表，处于发展阶段，但在蓝紫光波段的光电子领域、高性能军用射频领域、功率半导体领域有突出的优势。锗很难应用于CPU锗在地球的含量相对于硅来说可以用稀少来形容，锗本身比硅重，也比硅软，它很容易碎。锗的氧化物也不稳定，所以至今没有人用锗来开发CPU。

锗在半导体领域也并不是一无是处，主要应用于光电学领域，如太阳能电池、光传感器、红外LED、锗激光器等等。所以小伙伴们，别再说为什么不用锗来做CPU了。以上个人浅见，欢迎批评指正。认同我的看法，请点个赞再走，感谢！喜欢我的，请关注我，再次感谢！

晶圆是生产集成电路所用的载体。

晶圆（英语：Wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，是生产集成电路（integrated circuit，IC）所用的载体。而我们现实中比较常见到的硅晶片就要数电脑CPU和手机芯片。

在半导体行业，尤其是集成电路领域，晶圆的身影随处可见。晶圆就是一块薄薄的、圆形的高纯硅晶片，而在这种高纯硅晶片上可以加工制作出各种电路元件构，使之成为有特定电性功能的IC产品。

晶圆制造工艺：

表面清洗：晶圆表面附着大约2um的Al2O3和甘油混合液保护层，在制作前必须进行化学刻蚀和表面清洗。

初次氧化：由热氧化法生成SiO2缓冲层，用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力氧化技术。

热CVD：此方法生产性高，梯状敷层性佳（不管多凹凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到达表面而附着薄膜）等，故用途极广。

以上内容参考：百度百科-晶圆

好像是半导体单晶硅吧！针脚是金属还含有金！！！！\x0d\x0a作为计算机的核心组件，CPU（Central Processor Unit，中央处理器）在用户的心中一直是十分神秘的：在多数用户的心目中，它都只是一个名词缩写，他们甚至连它的全写都拚不出来；在一些硬件高手的眼里，CPU也至多是一块十余平方厘米，有很多脚的块块儿，而CPU的核心部分甚至只有不到一平方厘米大。他们知道这块不到一平方厘米大的玩意儿是用多少微米工艺制成的，知道它集成了几亿几千万晶体管，但鲜有了解CPU的制造流程者。今天，就让我们来详细的了解一下，CPU是怎样练成的。\x0d\x0a\x0d\x0a基本材料\x0d\x0a\x0d\x0a多数人都知道，现代的CPU是使用硅材料制成的。硅是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。从某种意义上说，沙滩上的沙子的主要成分也是硅（二氧化硅），而生产CPU所使用的硅材料，实际上就是从沙子里面提取出来的。当然，CPU的制造过程中还要使用到一些其它的材料，这也就是为什么我们不会看到Intel或者AMD只是把成吨的沙子拉往他们的制造厂。同时，制造CPU对硅材料的纯度要求极高，虽然来源于廉价的沙子，但是由于材料提纯工艺的复杂，我们还是无法将一百克高纯硅和一吨沙子的价格相提并论。\x0d\x0a\x0d\x0a制造CPU的另一种基本材料是金属。金属被用于制造CPU内部连接各个元件的电路。铝是常用的金属材料之一，因为它廉价，而且性能不差。而现今主流的CPU大都使用了铜来代替铝，因为铝的电迁移性太大，已经无法满足当前飞速发展的CPU制造工艺的需要。所谓电迁移，是指金属的个别原子在特定条件下（例如高电压）从原有的地方迁出。\x0d\x0a\x0d\x0a很显然，如果不断有原子从连接元件的金属微电路上迁出，电路很快就会变得千疮百孔，直到断路。这也就是为什么超频者尝试对Northwood Pentium 4的电压进行大幅度提升时，这块悲命的CPU经常在“突发性Northwood死亡综合症（Sudden Northwood Death Syndrome，SNDS）”中休克甚至牺牲的原因。SNDS使得Intel第一次将铜互连（Copper Interconnect）技术应用到CPU的生产工艺中。铜互连技术能够明显的减少电迁移现象，同时还能比铝工艺制造的电路更小，这也是在纳米级制造工艺中不可忽视的一个问题。\x0d\x0a\x0d\x0a不仅仅如此，铜比铝的电阻还要小得多。种种优势让铜互连工艺迅速取代了铝的位置，成为CPU制造的主流之选。除了硅和一定的金属材料之外，还有很多复杂的化学材料也参加了CPU的制造工作。\x0d\x0a\x0d\x0a准备工作\x0d\x0a\x0d\x0a解决制造CPU的材料的问题之后，我们开始进入准备工作。在准备工作的过程中，一些原料将要被加工，以便使其电气性能达到制造CPU的要求。其一就是硅。首先，它将被通过化学的方法提纯，纯到几乎没有任何杂质。同时它还得被转化成硅晶体，从本质上和海滩上的沙子划清界限。\x0d\x0a\x0d\x0a在这个过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。如果你在高中时把硫酸铜结晶实验做的很好，或者看到过单晶冰糖是怎么制造的，相信这个过程不难理解。同时你需要理解的是，很多固体物质都具有晶体结构，例如食盐。CPU制造过程中的硅也是这样。小心而缓慢的搅拌硅的熔浆，硅晶体包围着晶种向同一个方向生长。最终，一块硅锭产生了。\x0d\x0a\x0d\x0a现在的硅锭的直径大都是200毫米，而CPU厂商正在准备制造300毫米直径的硅锭。在确保质量不变的前提下制造更大的硅锭难度显然更大，但CPU厂商的投资解决了这个技术难题。建造一个生产300毫米直径硅锭的制造厂大约需要35亿美元，Intel将用其产出的硅材料制造更加复杂的CPU。而建造一个相似的生产200毫米直径硅锭的制造厂只要15亿美元。作为第一个吃螃蟹的人，Intel显然需要付出更大的代价。花两倍多的钱建造这样一个制造厂似乎很划不来，但从下文可以看出，这个投资是值得的。硅锭的制造方法还有很多，上面介绍的只是其中一种，叫做CZ制造法。\x0d\x0a\x0d\x0a硅锭造出来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下来将被切割成片状，称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。一般来说，晶圆切得越薄，相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。接下来晶圆将被磨光，并被检查是否有变形或者其它问题。在这里，质量检查直接决定着CPU的最终良品率，是极为重要的。\x0d\x0a\x0d\x0a有问题的晶圆将被掺入适当的其它材料，用以在上面制造出各种晶体管。掺入的材料沉积在硅原子之间的缝隙中。目前普遍使用的晶体管制造技术叫做CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductors，互补式金属氧化物半导体）技术，相信这个词你经常见到。简单的解释一下，CMOS中的C（Complementary）是指两种不同的MOS电路“N”电路和“P”电路之间的关系：它们是互补的。\x0d\x0a\x0d\x0a在电子学中，“N”和“P”分别是Negative和Positive的缩写，用于表示极性。可以简单的这么理解，在“N”型的基片上可以安装“P”井制造“P”型的晶体管，而在“P”型基片上则可以安装“N”井制造“N”型晶体管。在多数情况下，制造厂向晶圆里掺入相关材料以制造“P”基片，因为在“P”基片上能够制造出具有更优良的性能，并且能有效的节省空间的“N”型晶体管；而这个过程中，制造厂会尽量避免产生“P”型晶体管。\x0d\x0a\x0d\x0a接下来这块晶圆将被送入一个高温熔炉，当然这次我们不能再让它熔化了。通过密切监控熔炉内的温度、压力和加热时间，晶圆的表面将被氧化成一层特定厚度的二氧化硅（SiO2），作为晶体管门电路的一部分—基片。如果你学过逻辑电路之类的，你一定会很清楚门电路这个概念。通过门电路，输入一定的电平将得到一定的输出电平，输出电平根据门电路的不同而有所差异。电平的高低被形象的用0和1表示，这也就是计算机使用二进制的原因。在Intel使用90纳米工艺制造的CPU中，这层门电路只有5个原子那么厚。\x0d\x0a\x0d\x0a准备工作的最后一步是在晶圆上涂上一层光敏抗蚀膜，它具有光敏性，并且感光的部分能够被特定的化学物质清洗掉，以此与没有曝光的部分分离。\x0d\x0a\x0d\x0a完成门电路\x0d\x0a\x0d\x0a这是CPU制造过程中最复杂的一个环节，这次使用到的是光微刻技术。可以这么说，光微刻技术把对光的应用推向了极限。CPU制造商将会把晶圆上覆盖的光敏抗蚀膜的特定区域曝光，并改变它们的化学性质。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩来遮蔽这些区域。想必你已经在Photoshop之类的软件里面认识到了遮罩这个概念，在这里也大同小异。\x0d\x0a\x0d\x0a在这里，即使使用波长很短的紫外光并使用很大的镜头，也就是说，进行最好的聚焦，遮罩的边缘依然会受到影响，可以简单的想象成边缘变模糊了。请注意我们现在讨论的尺度，每一个遮罩都复杂到不可想象，如果要描述它，至少得用10GB的数据，而制造一块CPU，至少要用到20个这样的遮罩。对于任意一个遮罩，请尝试想象一下北京市的地图，包括它的郊区；然后将它缩小到一块一平方厘米的小纸片上。最后，别忘了把每块地图都连接起来，当然，我说的不是用一条线连连那么简单。\x0d\x0a\x0d\x0a当遮罩制作完成后，它们将被覆盖在晶圆上，短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。\x0d\x0a\x0d\x0a当剩余的光敏抗蚀膜也被去除之后，晶圆上留下了起伏不平的二氧化硅山脉，当然你不可能看见它们。接下来添加另一层二氧化硅，并加上了一层多晶硅，然后再覆盖一层光敏抗蚀膜。多晶硅是上面提到的门电路的另一部分，而以前这是用金属制造而成的（即CMOS里的M：Metal）。光敏抗蚀膜再次被盖上决定这些多晶硅去留的遮罩，接受光的洗礼。然后，曝光的硅将被原子轰击，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，门电路就完成了\x0d\x0a可能你会以为经过上面复杂的步骤，一块CPU就已经差不多制造完成了。实际上，到这个时候，CPU的完成度还不到五分之一。接下来的步骤与上面所说的一样复杂，那就是再次添加二氧化硅层，再次蚀刻，再次添加??重复多遍，形成一个3D的结构，这才是最终的CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。Intel的Pentium 4处理器有7层，而AMD的Athlon 64则达到了9层。层数决定于设计时CPU的布局，以及通过的电流大小。

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