电脑芯片基体材料选择硅的原因可归纳为以下几点:
一、材料特性优势
化学稳定性 硅在常温下化学性质稳定,适合长期稳定的电子器件工作环境。相比之下,锗在75℃以上会显著降低导电率,且反向漏电流较大,影响芯片稳定性。
提纯技术成熟
硅的提纯工艺经过长期发展,目前可达99.999999999%的纯度,且成本较低。早期因技术限制曾用锗作为半导体材料,但后续被硅取代。
热稳定性
硅的热稳定性远超锗,能适应CPU等部件在高频运算中的高温环境,而锗在高温下易发生性能退化。
二、资源与成本因素
元素丰富且成本低廉
硅是地壳中第二丰富的元素(仅次于氧),储量巨大且提取成本较低。大规模生产时经济效益显著。
产业链完善
以硅为基础的半导体产业链成熟,涵盖材料、设备、封装等环节,形成规模经济。
三、其他替代材料的局限性
锗的不足: 锗虽是早期半导体材料,但高温稳定性差、易碎且提纯成本高,无法满足现代CPU的严苛要求。 非半导体材料的不可行性
四、工艺实现性
通过氧化、掺杂、光刻等工艺,硅晶片可精确加工成微米级电路结构,实现高密度集成。其他材料难以达到同样的工艺精度。
综上,硅凭借其化学稳定性、提纯便利性、成本效益及工艺可行性,成为电脑芯片基体材料的最佳选择。