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sp; 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。”