CPU为何只用硅做,而不用能耗更低的锗?

摘要

制成二极管,硅的开启电压(死区电压)需要0.5V,锗的开启电压只需0.1V。也就是锗CPU只需零点几的电压就能运行,比现在的1V低多了,也算CPU的革命吧。

  CPU就是在一张硅片上,刻几百万个晶体二极管。
  制成二极管,硅的开启电压(死区电压)需要0.5V,锗的开启电压只需0.1V。也就是锗CPU只需零点几的电压就能运行,比现在的1V低多了,也算CPU的革命吧。
  电压更低,意味发热量更少,集成度和频率可以更高。
  即便开发锗CPU有困难,也比脑动大开的量子CPU,光子CPU,DNA CPU靠谱吧?
  硅用来做CPU,是因为它的优点太多,而缺点都是可克服的。锗虽然也有优点(比如开启电压、载流子迁移率),但它的几个缺点是很难克服的。
  首先是价格。硅直接拿沙子就能制,虽然工艺复杂吧但是原料成本接近0.锗在地壳中分布非常分散,成品锗(还不是半导体级别)的价格就已经超越了白银,印象中将近2000美元一公斤。
  其次很大一个问题就是锗的氧化物不稳定,不好用。二氧化硅是致密的绝缘体,力学电学化学性质都很稳定,不溶于水;氧化锗没那么致密,还是溶于水的。这一条基本就宣告了CPU无望。
  还有锗器件在稍高的温度下表现不良的问题,以及锗本身比硅重,又比硅软,更容易碎;等等。而且现在整个半导体行业都以硅为基础,没人会开发锗的CPU。
  目前锗的前途很大程度上在光电学方面,太阳能电池,光传感器,红外LED,锗激光器(这个已经被MIT做出来了,但不是大家想象中的激光笔那样子),等等。因为硅做激光完全不可能,锗又能比较容易地在硅上生长出来,因此大家的理想是将用锗做成的光学器件与硅做成的电子器件整合在一张硅片上。

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